DE69736351T4 - METHODS AND MEANS FOR INHIBITING CDK4 ACTIVITY - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft Substanzen und ihre therapeutische Verwendung sowie im Besonderen die Identifizierung von Regionen von p21WAF1, die an cyclinabhängige Kinasen, besonders Cdk4, und/oder Cyclin-D1 binden, sowie Substanzen, Fragmente und Mimetika, die auf dieser Region basieren. Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls pharmazeutische Zusammensetzungen, die diese Moleküle umfassen, sowie deren Verwendung in therapeutischen Anwendungen zur Behandlung von Hyperproliferationsstörungen, wie z. B. Krebs und Psoriasis, und Zusammensetzungen, die diese Moleküle umfassen, und deren Verwendung in Anwendungen, die sich auf das Wachstum in eukaryotischen Zellen beziehen. Die Erfindung betrifft ebenso Testverfahren und Mittel zur Identifizierung von Substanzen, die zur Störung der p21/Cdk4/Cyclin-Wechselwirkung nützlich sind und vorzugsweise die Cdk4-Aktivität hemmen.The present invention relates to substances and their therapeutic use, and more particularly to the identification of regions of p21 WAF1 that bind to cyclin-dependent kinases, particularly Cdk4 and / or cyclin D1, as well as substances, fragments and mimetics based on this region. The present invention also relates to pharmaceutical compositions comprising these molecules, as well as their use in therapeutic applications for the treatment of hyperproliferative disorders such. Cancer and psoriasis, and compositions comprising these molecules, and their use in applications related to growth in eukaryotic cells. The invention also relates to assay methods and means for identifying substances useful for interfering with the p21 / Cdk4 / cyclin interaction, and preferably inhibiting Cdk4 activity.
Die Tumorsuppressionsfunktion von p53 wird mit einem durch DNA-Schaden induzierbaren Zellzyklus-Checkpoint-Stoffwechselweg in Verbindung gebracht (Kastan et al. (1991)), in dem p53 in den beschädigten Zellen entweder zu einem Stillstand des Wachstums (Agarwal et al. (1995)) oder zu Apoptose (Clarke et al. (1993); Lowe et al. (1993); Merrit et al. (1994)) führen kann. Die biochemische Aktivität von p53, die am engsten mit Tumorsuppression und einem Stillstand des Wachstums assoziiert wird, umfasst eine ionisierende, strahlungsabhängige Aktivierung von sequenzspezifischer transkriptionaler Aktivität (Kastan et al. (1991); Lu & Lane (1993); Pietenpol et al. (1994)). p53 induziert die Transkription in einer Reihe von Genen, deren Produkte eine direkte Rolle bei der Vermittlung des Wachstumsstillstands spielen. Diese p53-induzierbaren negativen Regulatoren der Zellproliferation umfassen: den cyclinabhängigen Kinase-Inhibitor (CKI), p21WAF1 (El-Deiry et al. (1993); Harper et al. (1993); Xiong et al. (1993); Gu et al. (1993)); ein apoptoseförderndes Protein, Bax (Miyashita & Reed (1995)); das Insulinwachstumsfaktor-Bindungsprotein IGF-BP3 (Buckbinder et al. (1995)) und Gadd45 (Kastan et al. (1992)), einen leistungsstarken Hemmer der Zellproliferation mit einer zur Zeit noch unklaren biochemischen Funktion (Kearsey et al. (1995)).The tumor suppression function of p53 has been implicated in a DNA damage inducible cell cycle checkpoint pathway (Kastan et al., 1991) in which p53 in the damaged cells either arrested growth (Agarwal et al., (1995) )) or apoptosis (Clarke et al., 1993; Lowe et al., 1993; Merrit et al., 1994). The biochemical activity of p53, which is most closely associated with tumor suppression and growth arrest, involves ionizing, radiation-dependent activation of sequence-specific transcriptional activity (Kastan et al., 1991; Lu & Lane, 1993; Pietenpol et al. 1994)). p53 induces transcription in a number of genes whose products play a direct role in mediating growth arrest. These p53-inducible negative regulators of cell proliferation include: the cyclin-dependent kinase inhibitor (CKI), p21 WAF1 (El-Deiry et al., 1993; Harper et al., 1993; Xiong et al., 1993; Gu et al., (1993)); an apoptosis-promoting protein, Bax (Miyashita & Reed (1995)); the insulin growth factor binding protein IGF-BP3 (Buckbinder et al., 1995) and Gadd45 (Kastan et al., 1992), a powerful inhibitor of cell proliferation with a currently unclear biochemical function (Kearsey et al., 1995) ,
Ein häufiges Ereignis in der Entwicklung menschlicher Neoplasie ist die Inaktivierung eines durch DNA-Schaden induzierbaren Zellzyklus-Checkpoint-Stoffwechselwegs, der durch p53 reguliert wird (Hollstein et al. (1991); Lane (1992); Agrawal et al. (1995)). Eine Reihe an Mechanismen können zur funktionalen Inaktivierung des p53-Wegs führen, unter anderem: Fehlsinnmutationen innerhalb oder Deletionen des p53-Gens, Inaktivierung der Funktion des Wildtyp-p53-Proteins durch Wechselwirkung mit dem onkogenen zellulären Protein mdm-2 (Momand et al. (1992)) oder die Unfähigkeit, stromab liegende Effektormoleküle, wie z. B. p21WAF1, zu induzieren (Deng et al. (1995); Waldman et al. (1995)).A frequent event in the development of human neoplasia is the inactivation of a DNA damage-inducible cell cycle checkpoint pathway regulated by p53 (Hollstein et al (1991); Lane (1992); Agrawal et al. (1995)). , A number of mechanisms may lead to functional inactivation of the p53 pathway, including: missense mutations within or deletions of the p53 gene, inactivation of the function of the wild-type p53 protein through interaction with the oncogenic cellular protein mdm-2 (Momand et al. (1992)) or the inability to use downstream effector molecules, such as , P21 WAF1 (Deng et al., 1995; Waldman et al., 1995).
Das wachsende Wissen der Erfinder über die molekularen Mechanismen, die der Transformation von Säugetierzellen zugrunde liegen, bietet die Möglichkeit, um zweckmäßig geschaffene Inhibitoren spezifischer biochemischer Prozesse zu kreieren, die für unkontrollierte Zellproliferation oder Krebs essentiell sind. Jüngste Entwicklungen haben gezeigt, dass die Reaktivierung des p53-Wegs in einigen menschlichen Tumoren theoretisch folgendermaßen herbeigeführt werden kann: (i) Aktivierung der biochemischen Funktion von mutiertem p53-Protein (Halazonetis & Kandil (1993); Hupp et al. (1993)), möglicherweise unter Verwendung kleiner Peptide, wie dies im Wirkstoffdesign meist der Fall ist (Hupp et al. (1995)); (ii) Unterbrechen der Wechselwirkung des Onkogens mdm-2 und des Wildtyp-p53 durch die Verwendung von peptidmimetischen Inhibitoren komplexer Formationen (Picksley et al. (1994)); (iii) Wiederherstellen oder Imitieren der Funktion des stromab gelegenen Effektormoleküls p21WAF1, welches allein fähig ist, eine Wachstumssuppression zu vermitteln (El-Deiry et al. (1993); Eastham et al. (1995)).The inventors' growing knowledge of the molecular mechanisms underlying mammalian cell transformation provides the opportunity to create appropriately created inhibitors of specific biochemical processes essential for uncontrolled cell proliferation or cancer. Recent developments have shown that the reactivation of the p53 pathway in some human tumors can theoretically be accomplished as follows: (i) activation of the biochemical function of mutant p53 protein (Halazonetis & Kandil (1993); Hupp et al. (1993)) possibly using small peptides, as is usually the case in drug design (Hupp et al. (1995)); (ii) disrupting the interaction of the oncogene mdm-2 and the wild-type p53 through the use of peptide-mimetic inhibitors of complex formations (Picksley et al., 1994); (iii) restoring or mimicking the function of the downstream effector molecule p21 WAF1 , which alone is capable of mediating growth suppression (El-Deiry et al., 1993; Eastham et al., 1995).
p21WAF1 ist ein Inhibitor sowohl für die G1-cyclinabhängigen Proteinkinasen (CDKs; die das Fortschreiten von G1- in die S-Phase steuern) (Harper et al. (1995)) als auch für das Kernantigen-proliferierende Zellenprotein (PCNA; ein essentieller DNA-Replikationsfaktor) (Florez-Rozas et al. (1994); Waga et al. (1994)). Daher stellt eine Hemmung der Funktion von entweder CDKs oder PCNA theoretisch zwei verschiedene Wege für die Entwicklung von Wirkstoffentdeckungsprogrammen, die auf der Aktivität von p21WAF1 basieren, bereit. Die PCNA-bindende Funktion von p21WAF1 kann von einem 20-Aminosäurepeptid, das von der C-terminalen Domäne von p21WAF1 abstammt, nachgeahmt werden, und dieses Peptid ist ausreichend, um die SV40-Replikation in vitro partiell zu inhibieren (Warbrick et al. (1995)).p21 WAF1 is an inhibitor of both the G1-cyclin dependent protein kinases (CDKs that control the progression from G1 to S phase) (Harper et al., 1995) and the nuclear antigen-proliferating cell protein (PCNA; DNA replication factor) (Florez-Rozas et al., 1994; Waga et al., 1994). Thus, inhibition of the function of either CDKs or PCNA theoretically provides two distinct pathways for the development of drug discovery programs based on the activity of p21 WAF1 . The PCNA-binding function of p21 WAF1 can be mimicked by a 20 amino acid peptide derived from the C-terminal domain of p21 WAF1 , and this peptide is sufficient to partially inhibit SV40 replication in vitro (Warbrick et al (1995)).
Trotz seiner PCNA-bindenden Rolle scheint die Hauptfunktion des p21WAF1-Proteins als Wachstumssuppressor die Hemmung des G1-Cyclin-CDK-Komplexes zu sein (Chen et al. (1995); Harper et al. (1995); Luo et al. (1995); Nakanishi et al. (1995b)). Luo et al. (1995) berichteten davon, dass die N-terminale Domäne von p21, bestehend aus den Resten 1-75, in vitro als ein CDK-Inhibitor wirken und Cyclin-E-Cdk2 inhibieren würde.Despite its PCNA-binding role, the main function of the p21 WAF1 protein as a growth suppressor appears to be inhibition of the G1-cyclin-CDK complex (Chen et al., 1995; Harper et al., 1995; Luo et al. 1995); Nakanishi et al. (1995b)). Luo et al. (1995) reported that the N-terminal domain of p21, consisting of residues 1-75, would act as a CDK inhibitor in vitro and inhibit cyclin E-Cdk2.
Die vorliegende Erfindung betrifft (i) die Aufklärung des molekularen Mechanismus der Cyclin-D1-Cdk4-Komplexinhibition durch p21WAF1 und (ii) die Identifikation von Peptidmimetika mit p21WAF1-hemmender Aktivität durch die Untersuchung der Bindungs- und Inhibitionseigenschaften einer Reihe von synthetischen Peptiden, die auf der Aminosäuresequenz von p21WAF1 basieren. Die Studien der Erfinder haben ergeben, dass zwei Peptide, die von der N-terminalen Domäne von p21WAF1 abstammen, biochemische Aktivität aufweisen; ein Peptid 4 (Reste 46-65) bildet einen stabilen Komplex mit Cdk4, hat jedoch keine hemmende Aktivität, während ein Peptid 2 (Reste 16-35) an Cyclin-D1 bindet und die Cdk4-Aktivität mit einem I0,5 von 2 μM hemmt.The present invention relates to (i) the elucidation of the molecular mechanism of cyclin D1-Cdk4 complex inhibition by p21 WAF1 and (ii) the identification of peptidomimetics with p21 WAF1-inhibitory activity by studying the binding and inhibition properties of a range of synthetic peptides based on the amino acid sequence of p21 WAF1 . The inventors' studies have revealed that two peptides derived from the N-terminal domain of p21 WAF1 have biochemical activity; one peptide 4 (residues 46-65) forms a stable complex with Cdk4, but has no inhibitory activity, while a peptide 2 (residues 16-35) binds to cyclin D1 and Cdk4 activity binds with a I0.5 of 2 μM inhibits.
Diese Daten definieren eine Cyclinbindungsstelle auf p21WAF1 und legen nahe, dass ein in die CDK-hemmende Wirkung von p21WAF1 involvierter Mechanismus eine Bindung an die Cyclin-Untereinheit des CDK-Holoenzyms verwendet. Dies hat zu dem Vorschlag der Erfinder geführt, p21WAF1 könnte die Cdk4-Aktivität allosterisch durch Konformations- oder (ii) Störung der Cyclin-Cdk-Wechselwirkung oder (iii) Störung der Cyclin-Cdk-Substrat-Wechselwirkungsveränderungen in der Struktur von Cyclin-D1 hemmen. Weiters Wechselwirken die auf der C-terminalen Sequenz von p21WAF1 basierenden Peptide sowohl mit Cyclin-D1 als auch mit Cdk4 und sind leistungsstarke Inhibitoren der Cdk4-Aktivität, wobei ein Peptid (hierin Peptid 10) aus den Resten 141-160 zusammengesetzt ist und einen I0,5 von 0,1 μM aufweist. Die Erfinder zeigen, dass beide der hemmenden Peptide an den physiologisch relevanten Stellen auf Cyclin-D1 und/oder Cdk4 binden und dass sie eine Spezifität aufweisen, die jene von p21WAF1 voller Länge nachahmt. Es ist wichtig, anzumerken, dass die Wirksamkeit des C-terminalen Peptids durch eine einzige Aminosäuresubstitution (D-A an Position 149) verbessert wird. Die Erfinder haben die hemmende Komponente dieses Peptids unter Verwendung der Alaninmutations-Anlayse kartiert und zeigen, dass sie sich von der PCNA-Wechselwirkungsdomäne, die sich ebenso in der C-terminalen Region des p21WAF1-Proteins befindet, unterscheidet.These data define a cyclin binding site on p21 WAF1 and suggest that a mechanism involved in the CDK inhibitory effect of p21 WAF1 utilizes binding to the cyclin subunit of the CDK holoenzyme. This led to the proposal of the inventors that p21 WAF1 could alter Cdk4 activity allosterically by conformational or (ii) disruption of cyclin-Cdk interaction or (iii) disruption of cyclin-Cdk-substrate interaction changes in the structure of cyclin Inhibit D1. Furthermore, the peptides based on the C-terminal sequence of p21 WAF1 interact with both cyclin D1 and Cdk4 and are potent inhibitors of Cdk4 activity, with one peptide (herein peptide 10) composed of residues 141-160 and one I has 0.5 of 0.1 μM. The inventors show that both of the inhibitory peptides bind to cyclin D1 and / or Cdk4 at the physiologically relevant sites and that they have a specificity that mimics that of full length p21 WAF1 . It is important to note that the effectiveness of the C-terminal peptide is improved by a single amino acid substitution (DA at position 149). The inventors have mapped the inhibitory component of this peptide using alanine mutation analysis and show that it differs from the PCNA interaction domain, which is also located in the C-terminal region of the p21 WAF1 protein.
Bemerkenswerterweise enthält ein Abschnitt von lediglich fünf Aminosäuren das Cdk4-hemmende Motiv, und eine einzelne konservative Mutation an einem beliebigen der beiden hydrophoben Aminosäurereste hebt die hemmende Wirkung des Peptids vollständig auf. Diese Daten haben aufregende Implikationen für den Wirkungsmechanismus des p21WAF1-Proteins und stellen einen Startpunkt für ein Wirkstoffdesignprogramm dar, das darauf abzielt, synthetische Moleküle zu produzieren, die stromab von p53 als Tumorsuppressoren funktionieren.Remarkably, a stretch of just five amino acids contains the Cdk4-inhibiting motif, and a single conservative mutation on either of the two hydrophobic amino acid residues completely abolishes the inhibitory effect of the peptide. These data have exciting implications for the mechanism of action of the p21 WAF1 protein and represent a starting point for a drug design program aimed at producing synthetic molecules that function as tumor suppressors downstream of p53.
Demgemäß stellt die Erfindung in einem Aspekt wie in den Ansprüchen definiert eine Substanz, welche die Eigenschaft aufweist, Cdk4 zu hemmen, zur Anwendung in einem Verfahren zur medizinischen Behandlung bereit.Accordingly, presents the invention in one aspect as defined in the claims defines a substance which has the property to inhibit Cdk4, for use in one Method of medical treatment ready.
In einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung wie in den Ansprüchen definiert die Verwendung einer Substanz, welche die Eigenschaft aufweist, Cdk4 zu hemmen, bei der Herstellung eines Medikaments zur Behandlung einer Hyperproliferationsstörung bereit.In In another aspect, the invention is as defined in the claims the use of a substance which has the property Cdk4 inhibit in the manufacture of a drug for treatment a hyperproliferative disorder ready.
In
einer bevorzugten Ausführungsform
wurde herausgefunden, dass der C-terminale Abschnitt von p21WAF1, der aus dem Peptidmotiv KRRLIFSK bestand,
die Cyclin-Cdk4-Aktivität vollständig inhibierte und
die Phosphorylierung von pRb verhinderte (siehe
In einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung wie in den Ansprüchen definiert eine Substanz, die die Eigenschaft aufweist, Cyclin-D zu binden und/oder Cdk4 zu hemmen, zur Verwendung in einem medizinischen Behandlungsverfahren bereit.In In a further aspect, the present invention provides as in claims defines a substance that has the property cyclin-D to bind and / or inhibit Cdk4, for use in a medical Treatment procedure ready.
In einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung wie in den Ansprüchen definiert die Verwendung einer Substanz, die die Eigenschaft aufweist, Cyclin-D zu binden und/oder Cdk4 zu hemmen, bei der Herstellung eines Medikaments zur Behandlung einer Hyperproliferationsstörung bereit.In In a further aspect, the present invention provides as in claims defines the use of a substance that has the property To bind cyclin-D and / or to inhibit Cdk4 in the preparation a drug for the treatment of hyperproliferative disorder.
Basierend
auf experimentellen Beweisen, die unten stehend angeführt sind
und Reste zeigen, die in die Bindung von Peptid 2 (Reste 16-35)
involviert sind, und der Kristallstruktur, die für p27 (verwandt mit p21) erhältlich ist,
wird folgende allgemeine Formel für Peptide, die im Einklang
mit verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung nützlich sind,
bereitgestellt:
KxxRRyFzP
worin x jede beliebige Aminosäure sein
kann, y und z hydrophob sein können
und jeder der unterstrichenen Reste fehlen oder unterschiedlich
sein kann, d. h. eine andere Aminosäure sein kann. Hydrophobe Reste
können
Alanin, Valin, Leucin, Isoleucin, Prolin, Phenylalanin, Tryptophan,
Methionin sein. Jede oder beide der Aminosäuren R können durch andere basische
Reste, insbesondere Lysin (K) oder Histidin (H), ersetzt werden.Based on experimental evidence given below and showing residues involved in the binding of peptide 2 (residues 16-35) and the crystal structure available for p27 (related to p21), the following general formula is given Peptides useful in accordance with various aspects of the present invention are provided:
KxxRRyFzP
where x may be any amino acid, y and z may be hydrophobic and each of the underlined residues may be missing or different, ie may be another amino acid. Hydrophobic residues may be alanine, valine, leucine, isoleucine, proline, phenylalanine, tryptophan, methionine. Any or both of the amino acids R may be replaced by other basic residues, especially lysine (K) or histidine (H).
In der vorliegenden Erfindung bedeutet "ein aktiver Teil" ein Peptid, das kleiner als das Fragment der p21WAF1-Aminosäuresequenz ist und trotzdem die oben erwähnte relevante Eigenschaft beibehält.In the present invention, "an active part" means a peptide smaller than the fragment of the p21 WAF1 amino acid sequence while still retaining the above-mentioned relevant property.
In der vorliegenden Erfindung bedeutet "funktional nachahmend" eine Substanz, die unter Umständen keinen aktiven Teil der p21WAF1-Aminosäuresequenz enthält und wahrscheinlich gar kein Peptid ist, die jedoch trotzdem die oben erwähnte relevante Eigenschaft aufweist.In the present invention, "functionally mimicking" means a substance which may not contain an active part of the p21 WAF1 amino acid sequence and is probably not a peptide at all, but which nevertheless has the above-mentioned relevant property.
In der vorliegenden Erfindung bedeutet "ein Derivat" ein Peptid, das durch Variieren seiner Aminosäuresequenz modifiziert wurde, z. B. durch Manipulation der für das Peptid kodierenden Nucleinsäure oder durch Verändern des Peptids selbst. Solche Derivate der natürlichen Aminosäuresequenz können eine Insertion, eine Addition, eine Deletion oder eine Substitution einer oder mehrerer Aminosäuren umfassen, ohne die essentielle Aktivität der Peptide wesentlich zu verändern. Ein Beispiel für ein Derivat ist der p21WAF1-Mutant, bei dem D an der Position 149 des Proteins voller Länge durch A ersetzt wurde, wobei dieser Mutant eine erhöhte Cyclin-D1-Cdk4-hemmende Aktivität aufweist.In In the present invention, "a derivative" means a peptide obtained by varying its amino acid sequence was modified, for. B. by manipulation of the peptide encoding nucleic acid or by changing of the peptide itself. Such derivatives of the natural amino acid sequence can one Insertion, an addition, a deletion or a substitution of a or more amino acids without substantially increasing the essential activity of the peptides change. An example for a derivative is the p21WAF1 mutant in which D is at position 149 of the Full length protein has been replaced by A, said mutant having increased cyclin D1-Cdk4 inhibitory activity.
Bevorzugte Substanzen gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung binden PCNA nicht und/oder stören die p21-Wechselwirkung oder das Binden mit PCNA nicht.preferred Substances according to certain embodiments of the present invention do not bind and / or disrupt PCNA p21 interaction or binding with PCNA not.
Zellzyklusstillstand kann durch verschiedene Aspekte gemäß der vorliegenden Erfindung in Rb-negativen und/oder Rb-positiven Zellen induziert werden, wie in den unten angeführten Experimenten dargestellt wird.Cell cycle arrest may be due to various aspects according to the present invention in Rb-negative and / or Rb-positive cells, such as in the below Experiments is shown.
Die
vorliegende Erfindung kann Verbindungen verwenden, die eine beliebige
der oben genannten Substanzen umfassen, die an Trägermoleküle gekoppelt
sind, was eine In-vivo-Zufuhr der Verbindungen in Zellen ermöglicht.
In einer Ausführungsform
ist das Trägermolekül eine 16-aa-Peptidsequenz,
die von der Homodomäne
von Antennapedia (z. B. wie unter dem Namen "Penetratin" verkauft) abstammt, die durch einen
terminalen Cys-Rest an eine der oben genannten Sequenzen gekoppelt
sein kann. Alternativ dazu kann, wie in den unten stehend beschriebenen
Beispielen, ein Trägerpeptid
(mit der Sequenz RQIKIWFQNRRMKWKK) synthetisiert werden, sodass
es direkt an Peptidfragmente gebunden ist. Das "Penetratin"-Molekül und seine Eigenschaften werden
in der
Daher sorgt die vorliegende Erfindung in verschiedenen Aspekten für eine Störung oder ein Unterbrechen der Wechselwirkung zwischen p21 und Cyclin-D1 und/oder Cdk4 unter Verwendung eines geeigneten Agens.Therefore The present invention provides in various aspects for a fault or interrupting the interaction between p21 and cyclin D1 and / or Cdk4 using a suitable agent.
Solch ein Agens kann fähig sein, eine Bindung zwischen einer Stelle zu blockieren, die sich an Aminosäureresten befindet, die hierin identifiziert wurden, dass sie in die Bindung oder Wechselwirkung mit Cyclin-D1 und/oder Cdk4 involviert und/oder dafür von Bedeutung sind.Such an agent can be capable be to block a bond between a body that is at amino acid residues which were identified herein as binding or interaction with cyclin D1 and / or Cdk4 and / or for it Meaning are.
Die
vollständige
Sequenz des Proteins p21 wurde erklärt und wird in der
Solche Agenzien können durch Screeningverfahren identifiziert werden, die das Bestimmen umfassen, ob ein getestetes Agens die Bindung des Proteins p21 oder eines geeigneten Fragments, Derivats, Analogons oder einer funktionalen Mimetikums davon mit Cyclin-D1 und/oder Cdk4 oder einem relevanten Fragment, Derivat, Analogon oder einem funktionalen Mimetikum davon inhibiert oder unterbricht.Such Agents can be identified by screening methods comprising determining whether a tested agent binding the protein p21 or a suitable fragment, derivative, analog or functional Mimetics thereof with cyclin D1 and / or Cdk4 or a relevant Fragment, derivative, analog or a functional mimetic thereof inhibits or interrupts.
Geeignete Fragmente von p21 umfassen jene, die wie hierin identifizierte Reste umfassen. Kleinere Fragmente sowie Derivate, Analoga und funktionale Mimetika dieses Fragments können auf ähnliche Weise verwendet werden, z. B. Peptide, die unter Verwendung eines Verfahrens, wie z. B. Alaninscannen, identifiziert wurden.suitable Fragments of p21 include those which have residues as identified herein include. Smaller fragments as well as derivatives, analogues and functional Mimetics of this fragment can to similar ones Be used manner, for. B. peptides using a Method, such. As alanine scanners were identified.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung, wobei Versuche, welche die hierin beschriebenen Peptide verwenden, sowie die Verwendung der Peptide im Kontext der Modulierung der Wechselwirkung von p21 mit Cyclin-D1 und/oder Cdk4 beschrieben werden, können diese Peptide auch als p21-Mimetika nützlich sein, um die Wechselwirkung von p21 und anderen Cyclin-Cdk-Wechselwirkungen, insbesondere von G1-Komplexen wie etwa Cyclin-E-Cdk2, zu hemmen. Die verschiedenen oben stehend und unten stehend beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung in Bezug auf Cyclin-D1 und/oder Cdk4 ist mit den nötigen Abänderungen auf diese anderen Cycline bzw. Cdks anwendbar.In another aspect of the invention, wherein experiments using the Use the peptides described herein, as well as the use of the Peptides in the context of modulating the interaction of p21 with Cyclin D1 and / or Cdk4, these peptides may also be described as p21 mimetics useful be the interaction of p21 and other cyclin-Cdk interactions, especially of G1 complexes such as cyclin E-Cdk2. The various embodiments of the invention described above and below with respect to cyclin D1 and / or Cdk4 is with the necessary modifications applicable to these other cyclins or Cdks.
Screeningverfahren und -tests werden unten stehend ausführlicher beschrieben.screening process and tests are described in more detail below.
Eine Klasse an Agenzien, die verwendet werden kann, um die Bindung von p21 und Cyclin-D1 und/oder Cdk-4 zu zerstören, sind auf Sequenzmotiven von p21 basierende Peptide, die mit Cyclin-D1 und/oder Cdk4 wechselwirken. Solche Peptide tendieren dazu, kleine Moleküle zu sein, und können etwa 40 oder weniger Aminosäuren lang sein, vorzugsweise sind sie etwa 35 oder weniger Aminosäuren lang, noch bevorzugter etwa 30 oder weniger Aminosäuren lang, noch bevorzugter etwa 25 oder weniger Aminosäuren lang, noch bevorzugter etwa 20 oder weniger Aminosäuren lang, noch bevorzugter etwa 15 oder weniger Aminosäuren lang, noch bevorzugter etwa 10 oder weniger Aminosäuren lang oder 9, 8, 7, 6, 5 oder weniger Aminosäuren lang. Die vorliegende Erfindung umfasst auch Peptide, die Sequenzvarianten oder Derivate einer Wildtyp-p21-Sequenz sind.A Class of agents that can be used to bind To destroy p21 and cyclin D1 and / or cdk-4 are on sequence motifs p21-based peptides that interact with cyclin D1 and / or Cdk4. Such peptides tend to be small molecules, and may be about 40 or less amino acids be long, preferably they are about 35 or less amino acids long, even more preferably about 30 or less amino acids, more preferably about 25 or less amino acids long, more preferably about 20 or less amino acids long, more preferably about 15 or less amino acids in length, more preferably about 10 or less amino acids long or 9, 8, 7, 6, 5 or less amino acids long. The present The invention also encompasses peptides, the sequence variants or derivatives of a wild-type p21 sequence.
Vorzugsweise weist die Aminosäuresequenz eine Homologie mit einem Fragment der relevanten p21-Fragmentsequenz auf, die vorzugsweise mit zumindest etwa 30% oder 40% oder 50% oder 60% oder 70% oder 75% oder 80% oder 85% Homologie oder zumindest mit etwa 90% oder 95% Homologie gezeigt wird. Ein Peptidfragment von p21 kann daher 1, 2, 3, 4, 5, mehr als 5 oder mehr als 10 Aminosäureänderungen, wie z. B. Substitutionen im Hinblick auf die Wildtypsequenz, umfassen.Preferably, the amino acid sequence has homology with a fragment of the p21 relevant fragment sequence, preferably having at least about 30% or 40% or 50% or 60% or 70% or 75% or 80% or 85% homology or at least with about 90% or 95% homology. A peptide fragment of p21 can therefore 1, 2, 3, 4, 5, more than 5 or more than 10 amino acid changes, such as. Substitutions with respect to the wild-type sequence.
Ein Derivat eines Peptids, für das die spezifische Sequenz hierin offenbart wird, kann in bestimmten Ausführungsformen die gleiche Länge wie das spezifische Peptid haben oder kürzer als dieses sein. In anderen Ausführungsformen kann die Peptidsequenz oder eine Variante davon in einem größeren Peptid, wie oben beschrieben, inkludiert sein, das einen zusätzlichen Abschnitt von p21 umfassen kann oder auch nicht. 1, 2, 3, 4 oder 5 oder mehr zusätzliche Aminosäuren, neben dem relevanten spezifischen Peptidfragment in p21, oder heterolog dazu können an einem oder beiden Enden des Peptids inkludiert sein.One Derivative of a peptide, for the specific sequence disclosed herein can be understood in particular embodiments the same length how to have the specific peptide or be shorter than this. In other embodiments may be the peptide sequence or a variant thereof in a larger peptide, as described above, that is an additional one May or may not include section of p21. 1, 2, 3, 4 or 5 or more additional Amino acids, next to the relevant specific peptide fragment in p21, or heterologous can do this be included at one or both ends of the peptide.
Wie allgemein bekannt ist, bewegt sich die Homologie auf Aminosäureniveau im Allgemeinen im Bereich der Aminosäure-Ähnlichkeit oder -Identität. Ähnlichkeit ermöglicht eine "konservative Variation", d. h. Substitution eines hydrophoben Rests, wie z. B. Isoleucin, Valin, Leucin oder Methionin, für einen anderen oder Substitution eines polaren Rests für einen anderen, wie z. B. Arginin für Lysin, Glutaminsäure für Asparaginsäure oder Glutamin für Asparagin. Ähnlichkeit kann wie vom TBLASTN-Programm von Altschul et al., J. Mol. Biol. 215, 403-10 (1990), das in Standardverwendung auf den Gebiet der Erfindung ist, definiert und festgelegt werden. Die Homologie kann sich über die volle Länge des relevanten Peptids erstrecken oder über eine zusammenhängende Sequenz von etwa 5, 10, 15, 20, 25, 30 oder 35 Aminosäuren im Vergleich zu der relevanten Wildtyp-Aminosäuresequenz.As As is well known, homology is at the amino acid level generally in terms of amino acid similarity or identity. similarity allows a "conservative Variation ", i. Substitution of a hydrophobic residue, such as. Isoleucine, valine, Leucine or methionine, for another or substitution of one polar remainder for another, such as Arginine for Lysine, glutamic acid for aspartic acid or Glutamine for Asparagine. similarity can as the TBLASTN program Biol. 215, 403-10 (1990), which is in standard use is defined and defined in the field of the invention. The homology can be over the full length extend the relevant peptide or a related sequence of about 5, 10, 15, 20, 25, 30 or 35 amino acids compared to the relevant one Wild-type amino acid sequence.
Wie festgestellt, können verschiedene Peptidsequenzen und Peptide und nichtpeptidartige Analoga und Mimetika verwendet werden, wie weiter unten beschrieben.As found, can various peptide sequences and peptides and non-peptide analogs and mimetics, as described below.
Verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung verwenden eine Substanz, die ein einzelnes Molekül oder eine Zusammensetzung sein kann, die zwei oder mehr Komponenten umfasst, das bzw. die ein Peptidfragment von p21 umfasst, das eine wie oben beschriebene und/oder anderwärtig hierin offenbarte Sequenz umfasst, ein Peptid, das im Wesentlichen aus so einer Sequenz besteht, ein Peptid, das eine Sequenzvariante, eine Derivat- oder analoge Sequenz umfasst, oder ein nichtpeptidartiges Analogon oder ein Mimetikum, welches die Fähigkeit aufweist, Cyclin-D1 und/oder Cdk4 zu binden und/oder die Wechselwirkung zwischen p21 und Cyclin-D1 und/oder Cdk4 zu unterbrechen oder zu stören.Various Aspects of the present invention use a substance that a single molecule or a composition containing two or more components which comprises a peptide fragment of p21 which has a as described above and / or elsewhere herein disclosed sequence comprises a peptide consisting essentially of such a sequence, a peptide that is a sequence variant, a derivative or analog Sequence, or a non-peptide analogue or a mimetic, which has the ability Cyclin D1 and / or Cdk4 bind and / or the interaction between p21 and cyclin D1 and / or Cdk4 to interrupt or disrupt.
Varianten umfassen Peptide, in denen einzelne Aminosäuren durch andere Aminosäuren ersetzt werden können, die, wie auf dem Gebiet der Erfindung bekannt und oben angegeben ist, eng miteinander verwandt sind.variants include peptides in which individual amino acids are replaced by other amino acids can be that as known in the art and given above is closely related.
Nichtpeptidartige Mimetika werden unten stehend weiter beschrieben.Non peptide-type Mimetics are further described below.
Wie bekannt ist, kann ein Peptid gemäß der vorlegenden Erfindung und zur Verwendung in verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung ein Fragment von p21 wie offenbart umfassen oder im Wesentlichen daraus bestehen, wie z. B. ein Fragment, dessen Sequenz oben stehend angeführt wird. Wenn eine oder mehrere zusätzliche Aminosäuren umfasst sind, so können diese Aminosäuren von p21 sein oder heterolog zu p21 sein oder gegenüber p21 fremd sein. Ein Peptid kann auch in einem größeren Fusionsprotein inkludiert sein, insbesondere in Fällen, in denen das Peptid an eine Nicht-p21-Sequenz (d. h. heterolog oder fremd), wie z. B. ein Polypeptid oder eine Proteindomäne, fusioniert ist.As is known, a peptide according to the present Invention and for use in various aspects of the present invention Invention comprise a fragment of p21 as disclosed or substantially consist of such. B. a fragment whose sequence is above cited becomes. If one or more additional Includes amino acids are, so can these amino acids be p21 or heterologous to p21 or foreign to p21 be. A peptide may also be included in a larger fusion protein be, especially in cases in which the peptide is linked to a non-p21 sequence (i.e., heterologous or foreign), such. A polypeptide or protein domain fused is.
Die
Erfindung verwendet auch Derivate der Peptide, unter anderem ein
Peptid, das an einen Bindungspartner gebunden ist, z. B. ein Effektormolekül, eine
Markierung, einen Wirkstoff, ein Toxin und/oder ein Träger- oder
Transportmolekül.
Verfahren, um die Peptide der Erfindung sowohl an Peptidyl- und
Nichtpeptidyl-Bindungspartner zu binden, sind auf dem Gebiet der
Erfindung gut bekannt. In einer Ausführungsform ist das Trägermolekül eine 16-aa-Peptidsequenz,
die von der Homodomäne
von Antennapedia (z. B. wie unter dem Namen "Penetratin" verkauft) abstammt, die durch einen
terminalen Cys-Rest an ein Peptid gekoppelt werden kann. Das "Penetratin"-Molekül und seine Eigenschaften werden
in der
Peptide können ganz oder teilweise durch chemische Synthese erzeugt werden. Die Verbindungen der vorliegenden Erfindung können gemäß den gut-etablierten, Standard-Flüssig- oder, vorzugsweise, -Festphasen-Peptidsyntheseverfahren leicht hergestellt werden, wobei allgemeine Beschreibungen davon großflächig erhältlich sind (siehe z. B. J. M. Stewart & J. D. Young, Solid Phase Peptide Synthesis, 2. Auflage, Pierce Chemical Company, Rockford, Illinois (1984); M. Bodanzsky & A. Bodanzsky, The Practice of Peptide Synthesis, Springer Verlag, New York (1984), und Applied Biosystems 430A User's Manual, ABI Inc., Foster City, Kalifornien), oder durch das Flüssigphasenverfahren oder jede Kombination von Festphasen-, Flüssigphasen- und Lösungschemie, z. B. durch zuerst Vervollständigen des jeweiligen Peptidabschnitts und dann, falls gewünscht und geeignet, nach Entfernung jeglicher Schutzgruppen, die vorhanden sein können, durch das Einführen des Restes X durch Reaktion der jeweiligen Kohlenstoffsäure oder Sulfonsäure oder eines reaktiven Derivats davon, in Lösung hergestellt werden.Peptides can be produced in whole or in part by chemical synthesis. The compounds of the present invention can be readily prepared according to well-established, standard liquid or, preferably, solid-phase peptide synthesis methods, general descriptions of which are available over a large area (see, e.g., J. M. Stewart & JD Young, Solid Phase Peptide Synthesis, 2nd Edition, Pierce Chemical Company, Rockford, Illinois (1984), M. Bodanzsky & A. Bodanzsky, The Practice of Peptide Synthesis, Springer Verlag, New York (1984), and Applied Biosystems 430A User's Manual, ABI Inc., Foster City, California), or by the liquid phase method or any combination of solid phase, liquid phase and solution chemistry, e.g. By first completing the respective section of peptide and then, if desired and appropriate, after removal of any protecting groups which may be present by introducing the radical X by reaction of the respective carbon acid or sulfonic acid or a reactive derivative thereof, in solution.
Eine weitere bequeme Art, ein Peptidylmolekül (Peptid oder Polypeptid) herzustellen, ist durch Expression der dafür kodierenden Nucleinsäure durch Verwendung von Nucleinsäure in einem Expressionssystem.A another convenient way, a Peptidylmolekül (peptide or polypeptide) is produced by expression of the nucleic acid encoding it Use of nucleic acid in an expression system.
Im Allgemeinen wird Nucleinsäure als ein Isolat bereit gestellt, in isolierter und/oder gereinigter Form oder frei von oder im Wesentlichen frei von Materialien, mit denen es natürlich assoziiert ist, wie z. B. frei von oder im Wesentlichen frei von Nucleinsäure, die das Gen im menschlichen Genom flankiert, mit Ausnahme der Möglichkeit einer oder mehrerer regulatorischen Sequenz(en) zur Expression. Nucleinsäure kann ganz oder teilweise synthetisch sein und kann genomische DNA, cDNA oder RNA umfassen. In Fällen, in denen Nucleinsäure RNA umfasst, sollte der Verweis auf die gezeigte Sequenz als Verweis auf das RNA-Äquivalent verstanden werden, mit T durch U ersetzt.in the Generally, it will be nucleic acid as an isolate, in isolated and / or purified form or free from or substantially free of materials with which it of course is associated, such. B. free of or substantially free from nucleic acid flanking the gene in the human genome, with the exception of the possibility one or more regulatory sequence (s) for expression. nucleic acid may be wholly or partially synthetic and may include genomic DNA, include cDNA or RNA. In cases, in which nucleic acid RNA should include the reference to the sequence shown as a reference on the RNA equivalent be understood, with T replaced by U.
Nucleinsäuresequenzen, die für ein Polypeptid oder Peptid kodieren, können vom Fachmann unter Verwendung der hierin enthaltenen Informationen und Literaturverweise sowie der auf dem Gebiet der Erfindung bekannten Verfahren (siehe z. B. Sambrook, Fritsch & Maniatis, Molecular Cloning, A Laborstory Manual, Cold Spring Harbor Laborstory Press (1989), und Ausubel et al., Short Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons (1992)) in Anbetracht der erhältlichen Nucleinsäuresequenz und Klone leicht hergestellt werden. Diese Verfahren umfassen (i) die Verwendung der Polymerase-Kettenreaktion (PCR), um Proben solcher Nucleinsäuren, z. B. aus genomischen Quellen, zu amplifizieren, (ii) chemische Synthese oder (iii) Herstellung von cDNA-Sequenzen. Für p21-Fragmente kodierende DNA kann auf jede geeignete Art, die dem Fachmann bekannt ist, hergestellt und verwendet werden, unter anderem durch Aussuchen kodierender DNA, Identifikation geeigneter Restriktionsenzym-Erkennungsstellen auf beiden Seiten des Abschnitts, der exprimiert werden soll, und Ausschneiden des besagten Abschnitts aus der DNA. Der Abschnitt kann dann operabel an einen geeigneten Promotor in einem kommerziell erhältlichen Standard-Expressionssystem gebunden sein. Ein weiterer Rekombinationsansatz ist die Amplifikation des relevanten Teils der DNA mit geeigneten PCR-Primern. Modifizierungen dieser p21-Sequenzen können, z. B. mittels ortsgerichteter Mutagenese, durchgeführt werden, um zur Expression von modifiziertem p21-Peptid zu führen oder um die Codonpräferenz in den Wirtszellen, die verwendet wurden, um die Nucleinsäure zu exprimieren, in Betracht zu ziehen.nucleic acid sequences, the for a polypeptide or peptide may be used by those skilled in the art the information and references contained herein as well as the methods known in the art (see e.g. Sambrook, Fritsch & Maniatis, Molecular Cloning, A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press (1989), and Ausubel et al., Short Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons (1992)) in view of the available nucleic acid sequence and clones are easily made. These methods include (i) the use of the polymerase chain reaction (PCR) to sample such nucleic acids, z. From genomic sources, (ii) chemical Synthesis or (iii) Preparation of cDNA sequences. For p21 fragments Coding DNA can be prepared in any suitable manner known to those skilled in the art is to be produced and used, inter alia, by selecting coding DNA, identification of suitable restriction enzyme recognition sites on both sides of the section to be expressed, and Cut out the said section from the DNA. The section can then be operably linked to a suitable promoter in a commercial available Be bound to standard expression system. Another recombination approach is the amplification of the relevant part of the DNA with appropriate PCR primers. Modifications of these p21 sequences can, for. Example, by means of site-directed mutagenesis, carried out to express of modified p21 peptide or codon preference in the host cells used to express the nucleic acid, to consider.
Um die Expression der Nucleinsäuresequenzen zu erreichen, können die Sequenzen in einen Vektor, der eine oder mehrere Kontrollsequenzen aufweist, die an die Nucleinsäure operabel gebunden sind, inkorporiert sein, um deren Expression zu steuern. Die Vektoren können andere Sequenzen, wie z. B. Promotoren oder Enhancer, umfassen, um die Expression der insertierten Nucleinsäure, Nucleinsäuresequenzen voranzutreiben, sodass das Polypeptid oder Peptid als eine Fusion und/oder Nucleinsäure, die für Sekretionssignale kodiert, produziert wird, sodass das in der Wirtszelle produzierte Polypeptid von der Zelle sekretiert wird. Das Polypeptid kann dann durch Transformieren der Vektoren in Wirtszellen, in denen der Vektor funktional ist, Kultivieren der Wirtszellen, sodass das Polypeptid erzeugt wird, und Gewinnen des Polypeptids aus den Wirtszellen oder dem umliegenden Medium erhalten werden. Zu diesem Zweck werden auf dem Gebiet der Erfindung prokaryotische und eukaryotische Zeilen verwendet, unter anderem Stämme von E. coli, Hefe und eukaryotische Zellen wie etwa COS- oder CHO-Zellen.Around the expression of the nucleic acid sequences to reach the sequences into a vector having one or more control sequences, to the nucleic acid operably linked to be incorporated into their expression Taxes. The vectors can other sequences, such as. Promoters or enhancers, to the expression of the inserted nucleic acid, nucleic acid sequences to propel the polypeptide or peptide as a fusion and / or nucleic acid, the for secretion signals coded, so that produced in the host cell Polypeptide is secreted by the cell. The polypeptide can then pass through Transform the vectors into host cells containing the vector is functional, culturing the host cells, so that the polypeptide and recovering the polypeptide from the host cells or the surrounding medium can be obtained. For this purpose be on the Area of the invention uses prokaryotic and eukaryotic cells, among others other tribes E. coli, yeast and eukaryotic cells such as COS or CHO cells.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Polypeptids oder Peptids (wie offenbart) umfasst die Expression aus Nucleinsäure, die für das Polypeptid oder Peptid kodiert (im Allgemeinen Nucleinsäure gemäß der Erfindung). Das kann leicht durch Züchten einer Wirtszelle in Kultur, die einen solchen Vektor enthält, unter geeigneten Bedingungen, die zur Expression des Polypeptids führen oder diese ermöglichen, erreicht werden. Polypeptide und Peptide können ebenfalls in In-vitro-Systemen, wie z. B. Retikulozytenlysat, exprimiert werden.One Process for the preparation of a polypeptide or peptide (as disclosed) includes the expression of nucleic acid encoding the polypeptide or peptide encoded (generally nucleic acid according to the invention). This can be done easily by growing a host cell in culture containing such a vector under suitable conditions, which lead to or enable the expression of the polypeptide, be achieved. Polypeptides and peptides can also be used in in vitro systems, such as As reticulocyte lysate can be expressed.
Systeme zur Klonierung und Expression eines Polypeptids in einer Reihe verschiedener Wirtszellen sind gut bekannt. Geeignete Wirtszellen umfassen Bakterien, eukaryotische Zellen, wie z. B. Säugetier- oder Hefezellen, und Baculovirussysteme. Säugetierzelllinien, die auf dem Gebiet der Erfindung zur Expression eines heterologen Polypeptids erhältlich sind, umfassen Chinahamster-Eierstockzellen, HeLa-Zellen, Baby-Hamsternierenzellen, COS-Zellen und viele andere. Ein häufiger, bevorzugter bakterieller Wirt ist E. coli.systems for cloning and expression of a polypeptide in a variety of different ways Host cells are well known. Suitable host cells include bacteria, eukaryotic cells, such. B. mammalian or yeast cells, and Baculovirus. Mammalian cell lines those in the field of the invention for the expression of a heterologous Polypeptides available include Chinese hamster ovary cells, HeLa cells, baby hamster kidney cells, COS cells and many others. A common, preferred bacterial host is E. coli.
Geeignete Vektoren können ausgewählt oder konstruiert werden, enthaltend die geeigneten regulatorischen Sequenzen, einschließlich Promotorsequenzen, Terminatorfragmente, Polyadenylierungssequenzen, Enhancersequenzen, Markergene und andere Sequenzen je nach Eignung. Vektoren können Plasmide, viral, z. B. "Phagen" oder Phagemid, sein, je nach Eignung. Für weitere Details siehe z. B. Sambrook et al., Molecular Cloning: A Laborstory Manual, 2. Auflage, Cold Srping Harbor Laborstory Press (1989). Viele bekannte Verfahren und Arbeitsvorschriften zur Manipulation von Nucleinsäure, z. B. zur Herstellung von Nucleinsäurekonstrukten, Mutagenese, Sequenzierung, Einführung von DNA in Zellen und Genexpression und Analyse von Proteinen, werden in Ausubel et al. (Hrsg.), Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons (1992), genau beschrieben.Suitable vectors can be selected or constructed containing the appropriate regulatory sequences, including promoter sequences, terminator fragments, polyadenylation sequences, enhancer sequences, marker genes, and other sequences as appropriate. Vectors may be plasmids, viral, e.g. As "phage" or phagemid, depending on their suitability. For further details see z. Sambrook et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2nd Ed., Cold Srping Harbor Laboratory Press (1989). Many known methods and procedures for manipulating nucleic acid, e.g. For the preparation of nucleic acid constructs, mutagenesis, sequencing, introduction of DNA into cells len and gene expression and analysis of proteins are described in Ausubel et al. (Ed.), Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons (1992).
Die Nucleinsäure kann in das Genom (z. B. Chromosom) der Wirtszelle integriert werden. Die Integration kann im Einklang mit Standardverfahren durch Einschluss von Sequenzen, welche die Rekombination mit dem Genom fördern, vorangetrieben werden. Die Nucleinsäure kann sich auf einem extra-chromosomalen Vektor in der Zelle befinden oder auf andere Weise identifizierbar heterolog mit der Zelle sein oder zu dieser fremd sein.The nucleic acid can be integrated into the genome (eg chromosome) of the host cell. The integration can be done in accordance with standard procedures by inclusion of sequences promoting recombination with the genome. The nucleic acid may be located on an extra-chromosomal vector in the cell or otherwise identifiable heterologous with the cell or be alien to this.
Die Einführung der Nucleinsäure in eine Wirtszelle, die (insbesondere für eine In-vitro-Einführung) im Allgemeinen ohne Einschränkung als "Transformation" bezeichnet werden kann, kann durch jedes erhältliche Verfahren erfolgen. Für eukaryotische Zellen können geeignete Verfahren Calciumphosphat-Transfektion, DEAE-Dextran, Elektroporation, liposomvermittelte Transfektion und Transduktion unter Verwendung von Retroviren oder anderen Viren, z. B. Vaccinia oder, für Insektenzellen, Baculovirus, umfassen. Für Bakterienzellen können geeignete Verfahren Calciumchlorid-Transformation, Elektroporation und Transfektion mittels Bakteriophagen umfassen. Als Alternative dazu kann direkte Injektion der Nucleinsäure verwendet werden.The introduction the nucleic acid in a host cell, the (in particular for an in vitro introduction) in general without restriction be referred to as "transformation" can, by any available Procedure done. For eukaryotic cells can suitable methods calcium phosphate transfection, DEAE-dextran, Electroporation, liposome-mediated transfection and transduction using retroviruses or other viruses, e.g. B. vaccinia or for Insect cells, baculovirus. For bacterial cells may be appropriate Procedures Calcium chloride transformation, electroporation and transfection by bacteriophages. As an alternative, direct Injection of the nucleic acid be used.
Markergene, wie z. B. Antibiotika-Resistenz- oder -Sensitivitätsgene, können zur Identifizierung von Klonen verwendet werden, welche die Nucleinsäure von Interesse enthalten, wie auf dem Gebiet der Erfindung gut bekannt ist.Marker genes, such as B. antibiotic resistance or sensitivity genes, can be used to identify clones encoding the nucleic acid of As well known in the art is.
Auf die Einführung kann das Verursachen oder Ermöglichen der Expression aus der Nucleinsäure folgen, z. B. durch Kultivieren von Wirtszellen (die Zellen umfassen können, die tatsächlich transformiert wurden, obwohl es wahrscheinlicher ist, dass die Zellen Nachkommen der transformierten Zellen sind), unter den Bedingungen für die Expression des Gens, sodass das kodierte Polypeptid (oder Peptid) produziert wird. Wenn das Polypeptid an ein geeignetes Signal-Leader-Peptid gekoppelt exprimiert wird, so kann es von der Zelle in das Kulturmedium sekretiert werden. Nach der Produktion durch Expression kann ein Polypeptid oder Peptid, je nach der jeweiligen Situation, von der Wirtszelle und/oder dem Kulturmedium isoliert und/oder gereinigt werden und danach wie gewünscht verwendet werden, z. B. in der Formulierung einer Zusammensetzung, die eine oder mehrere zusätzliche Komponenten, wie z. B. eine pharmazeutische Zusammensetzung, die einen oder mehrere pharmazeutisch akzeptable(n) Arzneimittelträger, Vehikel oder Träger (siehe z. B. unten) umfasst, umfassen kann.On the introduction can be causing or enabling expression from the nucleic acid follow, z. By culturing host cells (which include cells can, actually were transformed, although it is more likely that the cells Progeny of the transformed cells are), under the conditions for the Expression of the gene such that the encoded polypeptide (or peptide) is produced. When the polypeptide is attached to a suitable signal leader peptide coupled expressed, it may be from the cell into the culture medium be secreted. After the production by expression can one Polypeptide or peptide, depending on the particular situation, from the Host cell and / or the culture medium isolated and / or purified and then as desired be used, for. In the formulation of a composition, one or more additional Components, such. B. a pharmaceutical composition, the one or more pharmaceutically acceptable excipients, vehicles or carrier (see, for example, below).
Die Einführung einer Nucleinsäure, die für ein Peptidylmolekül gemäß der vorliegenden Erfindung kodiert, kann mittels Gentherapie in vivo stattfinden, um die Wechselwirkung zwischen p21 und Cyclin-D1 und/oder ckd4 zu unterbrechen oder zu stören.The introduction a nucleic acid, the one for one Peptidylmolekül according to the present Invention can take place in vivo by means of gene therapy, to the interaction between p21 and cyclin D1 and / or ckd4 too interrupt or disturb.
Daher kann eine Wirtszelle, welche die Nucleinsäure enthält, z. B. als Ergebnis der Einführung der Nucleinsäure in die Zelle oder in einen Vorfahren der Zelle und/oder der genetischen Änderung der Sequenz, die zu der Zelle oder dem Vorfahren (wobei die Einführung oder Änderung in vivo oder ex vivo durchgeführt werden kann) endogen ist, in einem Organismus (z. B. im Soma) enthalten sein, der ein Tier ist, im Speziellen ein Säugetier, das menschlich oder nicht-menschlich sein kann, wie z. B. ein Kaninchen, ein Mehrschweinchen, eine Ratte, eine Maus oder ein anderes Nagetier, eine Katze, ein Hund, ein Schwein, ein Schaf, eine Ziege, ein Rind oder Pferd oder ein Vogel, wie z. B. ein Huhn.Therefore For example, a host cell containing the nucleic acid, e.g. B. as a result of introduction of nucleic acid into the cell or an ancestor of the cell and / or genetic modification the sequence leading to the cell or the ancestor (with the introduction or modification performed in vivo or ex vivo is endogenous, contained in an organism (eg in soma) being an animal, especially a mammal, human or non-human can be, such as A rabbit, a pig, a rat, a mouse or other rodent, a cat, a dog, a pig, a sheep, a goat, a cattle or horse or a bird, such as A chicken.
Dahinter kann ein therapeutisches Ziel stehen. (Gentherapie wird unten stehend behandelt.) Ebenso kann die Gegenwart einer Mutanten-, Allel-, Derivatsequenz oder Sequenzvariante in den Zellen eines Organismus, insbesondere wenn diese sich an Stelle einer homologen endogenen Sequenz befindet, eine Verwendung des Organismus als ein Modell zum Testen und/oder Studieren von Substanzen ermöglichen, welche die Aktivität des kodierten Polypeptids in vitro modulieren oder anderwärtig von therapeutischem Potential sein könnten. Angenehmerweise können Tests für solche Substanzen jedoch in vitro, in Wirtszellen oder in zellfreien Systemen durchgeführt werden.behind it can be a therapeutic goal. (Gene therapy will be below Also, the presence of a mutant, allelic, derivative sequence or sequence variant in the cells of an organism, in particular if this is in the place of a homologous endogenous sequence, a use of the organism as a model for testing and / or Studying substances allow which the activity modulate the encoded polypeptide in vitro or otherwise from therapeutic potential. Conveniently, you can Tests for however, such substances in vitro, in host cells or in cell-free Systems performed become.
Geeignete Screeningverfahren werden auf dem Gebiet der Erfindung herkömmlicherweise verwendet. Sie umfassen Verfahren wie z. B. Radioimmuntests, Szintillations-Proximitäts-Test und ELISA-Verfahren. Geeigneterweise wird entweder das p21-Protein oder -Fragment oder Cyclin-D1 und/oder Cdk 4 oder Fragment oder ein analoges, Derivat-, Varianten- oder funktionales Mimetikum davon immobilisiert, wonach die andere in Gegenwart der zu testenden Agenzien aufgebracht wird. In einem Szintillations-Proximitäts-Test ist ein biotinyliertes Proteinfragment an Streptavidin-beschichtete, mit einer Szintillationssubstanz imprägnierte Perlen (produziert von Amersham) gebunden. Die Bindung von radioaktiv markiertem Peptid wird dann durch Bestimmung der durch Radioaktivität induzierten Szintillation gemessen, da das radioaktive Peptid an das immobilisierte Fragment bindet. Agenzien, die diesen Vorgang abfangen, sind daher Inhibitoren der Wechselwirkung.suitable Screening methods are conventionally used in the art used. They include methods such. Radioimmunoassay, scintillation proximity test and ELISA methods. Suitably either the p21 protein or fragment or cyclin D1 and / or Cdk 4 or fragment or an analog, derivative, variant or functional mimetic thereof immobilized, after which the other in the presence of the agents to be tested is applied. In a scintillation proximity test is a biotinylated protein fragment streptavidin-coated, beads impregnated with a scintillant (produced from Amersham). The binding of radioactively labeled peptide is then determined by determination of those induced by radioactivity Scintillation measured as the radioactive peptide immobilized to the Fragment binds. Agents that intercept this process are therefore Inhibitors of interaction.
In einem allgemeinen Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Testverfahren, wie in den Ansprüchen definiert, für eine Substanz mit der Fähigkeit, die Wechselwirkung oder Bindung zwischen p21 und Cyclin-D1 und/oder Cdk4 zu unterbrechen, bereit.In a general aspect, the present invention provides a test method as described in An for a substance with the ability to disrupt the interaction or binding between p21 and cyclin D1 and / or Cdk4.
Daher kann eine Testverbindung, welche die Bindung oder Wechselwirkung zwischen besagten Substanzen (z. B. umfassend ein p21-Fragment und ein Cyclin-D1 und/oder Cdk-4-Fragment) unterbricht, reduziert, stört oder ganz oder teilweise aufhebt und welche die Cdk4-Aktivität modulieren kann, identifiziert werden.Therefore can be a test compound showing the binding or interaction between said substances (eg comprising a p21 fragment and a Cyclin D1 and / or Cdk-4 fragment) interrupts, reduces, interferes or wholly or partially and which can modulate Cdk4 activity become.
Ein weiterer allgemeiner Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Testverfahren wie in den Ansprüchen definiert für eine Substanz bereit, die, je nach Situation, fähig ist, die relevante Region von p21 zu binden.One another general aspect of the present invention ceases Test method as in the claims defined for a substance ready, which, depending on the situation, is capable of the relevant region to bind by p21.
Eine Testverbindung, von der herausgefunden wurde, dass sie an den relevanten Abschnitt von p21 bindet, kann auf ihre Fähigkeit getestet werden, die p21-Wechselwirkung oder -Bindung mit Cyclin-D1 und/oder Cdk 4 zu unterbrechen, und/oder auf die Fähigkeit, die Cdk4-Aktivität oder andere Aktivitäten, die von p21 vermittelt werden, wie oben bereits beschrieben, zu beeinflussen.A Test compound found to be relevant Can bind to its ability to be tested p21 interaction or binding with cyclin D1 and / or Cdk 4, and / or on the ability the Cdk4 activity or other activities, which are mediated by p21, as described above, too influence.
Die Durchführung eines Testverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung kann von der Isolierung und/oder Herstellung und/oder Verwendung einer Verbindung, Substanz oder eines Moleküls gefolgt werden, welche(s) auf die Fähigkeit, die Wechselwirkung zwischen p21 und Cyclin-D1 und/oder Cdk4 zu stören und/oder die p21-vermittelte Cdk4-Aktivität zu inhibieren, positiv getestet wurde.The execution a test method according to the present Invention may be of isolation and / or manufacture and / or Using a compound, substance or molecule followed which (s) are the ability to interfere with the interaction between p21 and cyclin D1 and / or Cdk4 and / or the p21-mediated Cdk4 activity to inhibit was tested positive.
Das genaue Format eines Tests der Erfindung kann vom Fachmann durch Routinefertigkeit und -Wissen variiert werden. Die Wechselwirkung zwischen Substanzen kann z. B. in vitro durch Markierung der einen mit einer nachweisbaren Markierung und In-Kontakt-Bringen mit der anderen, die auf einem Trägermaterial immobilisiert wurde, studiert werden. Geeignete nachweisbare Markierungen, besonders für Peptidyl-Substanzen, umfassen 35S-Methionin, das in rekombinant produzierte Peptide und Polypeptide inkorporiert werden kann. Rekombinant produzierte Peptide und Polypeptide können ebenso als ein Fusionsprotein exprimiert werden, das ein Epitop enthält, welches mit einem Antikörper markiert werden kann.The exact format of a test of the invention may be varied by one skilled in the art through routine skill and knowledge. The interaction between substances may, for. In vitro by labeling one with a detectable label and contacting it with the other immobilized on a support material. Suitable detectable labels, particularly for peptidyl substances, include 35 S-methionine, which can be incorporated into recombinantly produced peptides and polypeptides. Recombinantly produced peptides and polypeptides can also be expressed as a fusion protein containing an epitope which can be labeled with an antibody.
Das auf einem festen Träger immobilisierte Protein kann unter Verwendung eines Antikörpers gegen dieses Protein immobilisiert sein, welcher an einen festen Träger gebunden ist, oder unter Anwendung anderer Verfahren, die per se bekannt sind. Eine bevorzugte In-vitro-Wechselwirkung kann ein Fusionsprotein verwenden, das Glutathion-S-Transferase (GST) umfasst. Dieses kann auf Glutathion-Agaroseperlen immobilisiert werden. In einem In-vitro-Testformat des oben beschriebenen Typs kann eine Testverbindung durch Bestimmen ihrer Fähigkeit, die Menge markierten Peptids oder Polypeptids, das an das immobilisierte GST-Fusions-Polypeptid bindet, zu minimieren, getestet werden. Das kann durch Fraktionierung der Glutathion-Agaroseperlen durch SDS-Polyacrylamid-Gelelektrophorese bestimmt werden. Alternativ dazu können die Perlen gespült werden, um umgebundene Proteine zu entfernen, und die Proteinmenge, die gebunden wurde, kann durch Zählen der Menge an vorhandenen Markierungen, z. B. in einem geeigneten Szintillationszähler, ermittelt werden.The on a solid carrier immobilized protein can be detected using an antibody against immobilized this protein, which bound to a solid support is, or using other methods known per se are. A preferred in vitro interaction may be a fusion protein using glutathione-S-transferase (GST). This can immobilized on glutathione agarose beads. In an in vitro test format of the type described above, a test compound can be determined by determination their ability the amount of labeled peptide or polypeptide attached to the immobilized GST fusion polypeptide binds to be minimized. That can determined by fractionation of the glutathione-agarose beads by SDS-polyacrylamide gel electrophoresis become. Alternatively, you can the beads rinsed be used to remove bound proteins, and the amount of protein which has been tied can by counting the amount of markers present, e.g. B. in a suitable scintillation be determined.
Ein Test gemäß der vorliegenden Erfindung kann ebenfalls die Form eines In-vivo-Tests annehmen. Der In-vivo-Test kann in einer Zelllinie, wie z. B. einem Hefestamm oder einer Säugetierzelllinie, in der die relevanten Polypeptide oder Peptide von einem oder mehreren Vektoren, die in die Zelle eingeführt wurden, exprimiert werden, durchgeführt werden.One Test according to the present The invention may also take the form of an in vivo test. The in vivo test can in a cell line, such. A yeast strain or a mammalian cell line, in which the relevant polypeptides or peptides of one or more Vectors that have been introduced into the cell are expressed, carried out become.
Die Fähigkeit einer Testverbindung, die Wechselwirkung oder Bindung zwischen p21 und Cyclin-D1 und/oder Cdk4 zu unterbrechen, kann durch Verwendung eines so genannten Zwei-Hybrid-Tests bestimmt werden.The ability a test compound, the interaction or binding between p21 and cyclin D1 and / or Cdk4 may be disrupted by use of a so-called two-hybrid test.
Ein Polypeptid oder Peptid, z. B., das, je nach Situation, ein Fragment von p21 oder Cyclin-D1/Cdk4 enthält, oder ein Peptidyl-Analog oder eine -variante davon, wie offenbart, kann an eine DNA-bindende Domäne, wie z. B. der des Hefe-Transkriptionsfaktors GAL 4, fusioniert sein. Der GAL-4-Transkriptionsfaktor umfasst zwei funktionale Domänen. Diese Domänen sind die DNA-bindende Domäne (GAL4DBD) und die GAL4-Transkriptionsaktivierungsdomäne (GAL4TAD). Durch Fusionieren eines Polypeptids oder Peptids an eine dieser Domänen und eines anderen Polypeptids oder Peptids an das jeweilige Gegenstück wird ein funktionaler GAL-4-Transkriptionsfaktor nur dann wieder hergestellt, wenn zwei Polypeptide oder Peptide von Interesse Wechselwirken. Daher kann die Wechselwirkung der Polypeptide oder Peptide durch die Verwendung eines Reportergens, das wahrscheinlich an eine GAL-4-DNA-Bindungsstelle gebunden ist, welche fähig ist, die Transkription des Reportergens zu aktivieren, gemessen werden. Dieses Testformat wird von Fields & Song, Nature 340, 245-246 (1989), beschrieben. Dieser Typ Testformat kann sowohl in Säugetierzellen als auch in Hefe verwendet werden. Andere Kombinationen von DNA-bindenden Domänen und Transkiptionsaktivierungsdomänen sind auf dem Gebiet der Erfindung erhältlich und können bevorzugt sein, wie z. B. die LexA-DNA-Bindungsdomäne und die VP60-Transkriptionsaktivierungsdomäne.A polypeptide or peptide, e.g. B., which, depending on the situation, a fragment of p21 or cyclin D1 / Cdk4 contains, or a peptidyl analog or a variant thereof, as disclosed, can be attached to a DNA-binding domain such. B. the yeast transcription factor GAL 4, fused. The GAL-4 transcription factor comprises two functional domains. These domains are the DNA-binding domain (GAL4DBD) and the GAL4 transcriptional activation domain (GAL4TAD). By fusing a polypeptide or peptide to one of these domains and another polypeptide or peptide to its respective counterpart, a functional GAL-4 transcription factor is restored only when two polypeptides or peptides of interest interact. Therefore, the interaction of the polypeptides or peptides can be measured by the use of a reporter gene, likely bound to a GAL-4 DNA binding site, which is capable of activating transcription of the reporter gene. This assay format is described by Fields & Song, Nature 340, 245-246 (1989). This type of test format can be used both in mammalian cells and in yeast. Other combinations of DNA-binding domains and transcriptional activation domains are available in the art and may be preferred, such as e.g. The LexA DNA binding domain and the VP60 transcriptional activation do activator domain.
Um z. B. zum Zweck der Veranschaulichung einen Lex/VP60-Zwei-Hybrid-Screen durchzuführen, können Hefe- oder Säugetierzellen mit einer Reportergenkonstruktion, die ein selektives Markerprotein (z. B. für β-Galactosidase oder Luciferase kodierend) exprimiert, transformiert werden. Der Promotor dieses Gens ist so geschaffen worden, dass er eine Bindungsstelle für das LexA-DNA-Bindungsprotein enthält. Die Genexpression aus diesem Plasmid ist normalerweise sehr gering. Zwei weitere Expressionsvektoren können in die Hefe transformiert werden, die das selektierbare Marker-Expressionsplasmid enthält, wobei eines die kodierende Sequenz für das LexA-Gen voller Länge enthält, das an eine multiple Klonierungsstelle gebunden ist. Diese multiple Klonierungsstelle wird verwendet, um ein Gen von Interesse zu klonieren, d. h. für ein p21- oder CyclinD1/Cdk4-Polypeptid oder -Peptid gemäß der vorliegenden Erfindung kodierend, im Raster auf der für LexA-kodierenden Region. Der zweite Expressionsvektor umfasst dann die Aktivierungsdomäne des Herpes-simplex-Transaktivators VP16, der an eine Testpeptidsequenz oder noch bevorzugter eine Bibliothek an Sequenzen, die für Peptide mit verschiedenen, z. B. zufälligen, Sequenzen kodieren, fusioniert wurde. Die zwei Plasmide vereinfachen die Expression aus dem Reporterkonstrukt, das den selektierbaren Marker nur dann umfasst, wenn das LexA-Fusionskonstrukt mit einer Polypeptid- oder Peptidsequenz, die aus der Peptidbibliothek stammt, wechselwirkt.Around z. For example, for purposes of illustration, a Lex / VP60 two-hybrid screen yeasts can or mammalian cells with a reporter gene construct containing a selective marker protein (e.g. For β-galactosidase or luciferase encoding) are expressed, transformed. Of the Promoter of this gene has been created to be a binding site for the LexA DNA binding protein contains. Gene expression from this plasmid is usually very low. Two more expression vectors can be transformed into the yeast which contains the selectable marker expression plasmid, wherein one the coding sequence for the full-length LexA gene contains which is bound to a multiple cloning site. This multiple Cloning site is used to clone a gene of interest d. H. For a p21 or cyclin D1 / Cdk4 polypeptide or peptide according to the present invention Invention encoding in-frame on the LexA coding region. The second expression vector then comprises the activation domain of the herpes simplex transactivator VP16 linked to a test peptide sequence or more preferably a library at sequences, which for Peptides with different, e.g. Random, encoding sequences, was merged. The two plasmids simplify expression from the reporter construct containing the selectable marker only when the LexA fusion construct with a polypeptide or Peptide sequence derived from the peptide library interacts.
Auf der Suche nach Peptiden oder anderen Substanzen, welche die Wechselwirkung zwischen einem p21-Polypeptid oder -Peptid und einem Cyclin-D1/Cdk-4-Polypeptid oder -Peptid stören, verwendet eine Modifikation davon das p21- oder Cyclin-D1/Cdk4-Polypeptid oder -Peptid als eine Fusion mit der LexA-DNA-Bindungsdomäne und das Gegenstück Cyclin-D1/Cdk4- oder p21-Polypeptid oder -Peptid als eine Fusion mit VP60 und umfasst eine dritte Expressionskassette, die sich auf einem separaten Expressionsvektor befinden kann, aus dem ein Peptid oder eine Peptidbibliothek verschiedener und/oder zufälliger Sequenzen exprimiert werden kann. Eine Reduktion der Reportergenexpression (z. B. im Fall von β-Galactosidase eine Schwächung der blauen Farbe) ist auf die Gegenwart eines Peptids zurückzuführen, dass die p21/CyclinD1- und/oder Cdk4-Wechselwirkung unterbricht, wobei diese Wechselwirkung für die Transkriptionsaktivierung des β-Galactosidase-Gens erforderlich ist. Wenn eine Testsubstanz nicht Peptidyl ist und nicht von der kodierenden Nucleinsäure in einer dritten Expressionskassette exprimiert werden kann, so kann ein ähnliches System verwendet werden, in dem die Testsubstanz exogen verabreicht wird.On looking for peptides or other substances affecting the interaction between a p21 polypeptide or peptide and a cyclin D1 / Cdk-4 polypeptide or peptide disrupt, a modification thereof uses the p21 or cyclin D1 / Cdk4 polypeptide or peptide as a fusion with the LexA DNA binding domain and its counterpart cyclin D1 / Cdk4 or p21 polypeptide or peptide as a fusion with VP60 and a third expression cassette based on a separate expression vector from which a peptide or a peptide library of different and / or random Sequences can be expressed. A reduction in reporter gene expression (For example, in the case of β-galactosidase a weakening the blue color) is due to the presence of a peptide that the p21 / cyclinD1 and / or Cdk4 interaction interrupts, wherein this interaction for the transcriptional activation of the β-galactosidase gene is required. If a test substance is not peptidyl and not of the coding nucleic acid in a third expression cassette can be expressed, so can be a similar one System in which the test substance administered exogenously becomes.
Wie angeführt, können anstelle von LexA und VP60 andere ähnliche Kombinationen von Proteinen verwendet werden, die zusammen einen funktionalen Transkriptionsaktivator bilden, wie z. B. die GAL4-DNA-Bindungsdomäne und die GAL4-Transkriptionsaktivierungsdomäne.As cited can instead of LexA and VP60 other similar combinations of proteins used together, a functional transcriptional activator form, such. The GAL4 DNA binding domain and the GAL4 transcriptional activation domain.
Wird ein Zwei-Hybrid-Test durchgeführt, um Substanzen zu suchen, welche die Wechselwirkung zwischen zwei Polypeptiden oder Peptiden stören, so kann die Verwendung von Säugetierzellen anstelle von Hefezellen bevorzugt werden. Es gelten die gleichen Prinzipien, und geeignete Verfahren sind dem Fachmann gut bekannt.Becomes conducted a two-hybrid test, to look for substances that affect the interaction between two Interfere with polypeptides or peptides, so may the use of mammalian cells instead of yeast cells are preferred. The same apply Principles, and suitable methods are well known to those skilled in the art.
Die Menge der Testsubstanz oder -verbindung, die zu einem Test der Erfindung hinzugefügt werden kann, wird normalerweise, in Abhängigkeit der Art der verwendeten Verbindung, mittels Trial-and-Error-Versuche bestimmt. Typischerweise können Konzentrationen von mutmaßlichen Inhibitorverbindungen von etwa von 0,01 bis 100 nM verwendet werden, z. B. von 0,1 bis 10 nM. Größere Konzentrationen können verwendet werden, wenn ein Peptid die Testsubstanz ist.The Amount of the test substance or compound that results in a test of the invention to be added can, normally, be made dependent on Type of compound used, using trial-and-error experiments certainly. Typically, you can Concentrations of suspected Inhibitor compounds of about 0.01 to 100 nM are used, z. From 0.1 to 10 nM. Larger concentrations can used when a peptide is the test substance.
Verbindungen, die verwendet werden können, können natürliche oder synthetische chemische Verbindungen sein, die in Wirkstoffscreeningprogrammen verwendet werden. Pflanzenextrakte, die mehrere charakterisierte oder uncharakterisierte Komponenten enthalten, können ebenso verwendet werden.Links, which can be used can natural or synthetic chemical compounds used in drug screening programs be used. Plant extracts that characterized several or uncharacterized components may also be used.
Antikörper, die in beiden Proteinen auf die Stelle der Wechselwirkung gerichtet sind, bilden eine weitere Klasse an mutmaßlichen Inhibitorverbindungen. Kandidaten-Inhibitorantikörper können charakterisiert und ihre Bindungsregionen festgestellt werden, um einkettige Antikörper und Fragmente davon bereitzustellen, die für die Unterbrechung der Wechselwirkung verantwortlich sind.Antibodies that in both proteins directed to site of interaction are another class of putative inhibitor compounds. Candidate inhibitor antibodies can be characterized and their binding regions are detected to be single-chain antibodies and To provide fragments thereof for interrupting the interaction are responsible.
Antikörper können unter Anwendung von nach dem Stand der Technik bekannten Standardverfahren erhalten werden. Verfahren zur Herstellung von Antikörpern umfassen die Immunisierung eines Säugetiers (z. B. Maus, Ratte, Kaninchen, Pferd, Ziege, Schaf oder Affe) mit dem Protein oder einem Fragment davon. Antikörper können aus immunisierten Tieren unter Anwendung irgendeines einer Reihe auf dem Gebiet der Erfindung bekannter Verfahren erhalten werden und, vorzugsweise unter Verwendung einer Bindung des Antikörpers an das Antigen von Interesse, gescreent werden. Es können z. B. Western-Blotting-Verfahren oder Immunfällung verwendet werden (Armitage et al., Nature 357, 80-82 (1992)). Isolierung von Antikörpern und/oder antikörperproduzierenden Zellen aus einem Tier kann vom Schritt der Tötung des Tiers begleitet sein.Antibodies can be under Application of standard methods known in the art to be obtained. Methods for the production of antibodies include the immunization of a mammal (eg mouse, rat, rabbit, horse, goat, sheep or monkey) with the protein or a fragment thereof. Antibodies can be from immunized animals using any of a number in the field of the invention known methods are obtained, and preferably using a binding of the antibody to the antigen of interest, to be screened. It can z. B. Western blotting method or immunoprecipitation are used (Armitage et al., Nature 357, 80-82 (1992)). Isolation of antibodies and / or antibody-producing Cells from an animal may be accompanied by the step of killing the animal.
Als
Alternative oder Ergänzung
zur Immunisierung eines Säugetiers
mit einem Peptid kann ein für
ein Protein spezifischer Antikörper
aus einer rekombinant produzierten Bibliothek von exprimierten variablen
Immunglobulindomänen,
z. B. unter Verwendung von λ-Bakteriophagen
oder filamentöse Bakteriophagen,
die auf ihren Oberflächen
funktionale Immunglobulin-Bindungsdomänen aufweisen, erhalten werden;
siehe, z. B.
Antikörper gemäß der Erfindung können auf zahlreiche Wege modifiziert werden. Tatsächlich sollte der Begriff "Antikörper" jede bindende Substanz mit einer Bindungsdomäne mit der erforderlichen Spezifität abdecken und als solche verstanden werden. Daher deckt die Erfindung Antikörper-Fragmente, -Derivate, funktionale Äquivalente und Homologe von Antikörpern ab, umfassend synthetische Moleküle und Moleküle, deren Form jene des Antikörpers nachahmt, was ihnen ermöglicht, ein Antigen oder Epitop zu binden.Antibodies according to the invention can be modified in many ways. In fact, the term "antibody" should include any binding substance a binding domain with the required specificity cover and be understood as such. Therefore, the invention covers Antibody fragments, Derivatives, functional equivalents and homologues of antibodies containing synthetic molecules and molecules, whose shape mimics that of the antibody, what enables them to bind an antigen or epitope.
Beispiele für Antikörperfragmente, die fähig sind, ein Antigen oder einen anderen Bindungspartner zu binden, sind das Fab-Fragment, das aus den VL-, VH-, CI- und CH1-Domänen besteht; das Fd-Fragment, das aus den VH- und CH1-Domänen besteht; das Fv-Fragment, das aus den VL- und VH-Domänen eines einzelnen Arms eines Antikörpers besteht; das dAb-Fragment, das aus einer VH-Domäne besteht; isolierte CDR-Regionen und F(ab')2-Fragmente, ein zweiwertiges Fragment, das zwei Fab-Fragmente inkludiert, die über eine Disulphidbrücke an die Gelenkregion gebunden sind. Einketten-Fv-Fragmente sind ebenso inkludiert.Examples for antibody fragments, who are capable to bind an antigen or another binding partner are Fab fragment consisting of VL, VH, CI and CH1 domains; the Fd fragment consisting of the VH and CH1 domains; the Fv fragment, that from the VL and VH domains a single arm of an antibody consists; the dAb fragment consisting of a VH domain; isolated CDR regions and F (ab ') 2 fragments, a bivalent fragment that includes two Fab fragments that span over a disulphide bridge are bound to the hinge region. Single chain Fv fragments are as well included.
Ein
Hybridom, das einen monoklonalen Antikörper gemäß der vorliegenden Erfindung
produziert, kann einer genetischen Mutation oder anderen Veränderungen
unterzogen werden. Weiters ist dem Fachmann klar, dass ein monoklonaler
Antikörper den
Verfahren der DNA-Rekombinationstechnologie unterzogen werden kann,
um andere Antikörper
oder chimäre
Moleküle
zu produzieren, welche die Spezifität des ursprünglichen Antikörpers beibehalten.
Solche Verfahren können
das Einführen
von DNA, die für
die variable Immunglobulin-Region kodiert, oder den komplementariätsbestimmenden
Regionen (CDRs) eines Antikörpers
in die konstanten Regionen oder konstanten Regionen plus Gerüstregionen eines
anderen Immunglobulins umfassen. Siehe z. B.
Hybridome, die fähig sind, Antikörper mit den gewünschten Bindungseigenschaften zu produzieren, befinden sich im Umfang der vorliegenden Erfindung, genauso wie Wirtszellen, eukaryotisch oder prokaryotisch, die Nucleinsäure enthalten, welche für Antikörper (inkludierend Antikörperfragmente) kodiert, und zu deren Expression fähig sind. Die Erfindung stellt auch Verfahren zur Produktion der Antikörper bereit, umfassend das Züchten einer Zelle, die fähig ist, den Antikörper unter Bedingungen zu produzieren, in denen der Antikörper produziert und vorzugsweise sekretiert wird.hybridomas the capable are, antibodies with the desired Binding properties are within the scope of present invention, as well as host cells, eukaryotic or prokaryotic, the nucleic acid which are available for antibodies (including Antibody fragments) encoded, and are capable of their expression. The invention provides also provide methods of producing the antibodies, comprising Breed a cell that is capable is the antibody to produce under conditions in which the antibody produces and preferably secreted.
Die Reaktivität von Antikörpern in einem Sample kann durch jedes geeignete Verfahren bestimmt werden. Markieren mit einzelnen Reportermolekülen ist eine Möglichkeit. Die Reportermoleküle können direkt oder indirekt nachweisbare und vorzugsweise messbare Signale generieren. Die Bindung von Reportermolekülen kann direkt oder indirekt, kovalent, z. B. über eine Peptidbindung, oder nicht kovalent sein. Eine Bindung über eine Peptidbindung kann das Resultat rekombinanter Expression einer Genfusion sein, die für den Antikörper und das Reportermolekül kodiert.The Reactivity of antibodies in a sample can be determined by any suitable method. Labeling with single reporter molecules is one possibility. The reporter molecules can be direct or generate indirectly detectable and preferably measurable signals. The binding of reporter molecules can be directly or indirectly, covalently, z. B. via a peptide bond, or not to be covalent. A bond over a peptide bond may be the result of recombinant expression of a Be a gene fusion for the antibody and the reporter molecule coded.
Eine bevorzugte Art ist durch kovalente Bindung jedes Antikörpers mit einem einzelnen Fluoreszenzfarbstoff, Phosphor- oder Laserfarbstoff mit spektral isolierten Absorptions- oder Emissionseigenschaften. Geeignete Fluoreszenzfarbstoffe umfassen Fluorescein, Rhodamin, Phycoerythrin und Texasrot. Geeignete chromogene Farbstoffe umfassen Diaminobenzidin.A preferred species is by covalent attachment of each antibody a single fluorescent dye, phosphorus or laser dye with spectrally isolated absorption or emission properties. Suitable fluorescent dyes include fluorescein, rhodamine, Phycoerythrin and Texas Red. Suitable chromogenic dyes include Diaminobenzidine.
Andere Reporter inkludieren makromolekulare kolloidale Partikel oder partikuläres Material, wie z. B. gefärbte Latexperlen, magnetisch oder paramagnetisch, sowie biologisch oder chemisch aktive Agenzien, die, direkt oder indirekt, nachweisbare Signale hervorrufen können, die sichtbar beobachtet, elektronisch nachgewiesen oder auf andere Art und Weise aufgenommen werden können. Diese Moleküle können Enzyme sein, die Reaktionen katalysieren, welche Farben entwickeln oder verändern oder z. B. Veränderungen in elektrischen Eigenschaften hervorrufen. Sie können molekular anregbar sein, sodass elektronische Übergänge zwischen Energiezuständen zu charakteristischen spektralen Absorptionen oder Emissionen führen. Sie können chemische Einheiten umfassen, die in Verbindung mit Biosensoren verwendet werden. Biotin/Avidin- oder Biotin/Streptavidin- und Alkalische-Phosphatase-Nachweissysteme können dabei verwendet werden.Other Reporters include macromolecular colloidal particles or particulate material, such as B. colored Latex beads, magnetic or paramagnetic, as well as biological or chemically active agents that, directly or indirectly, are detectable Can cause signals, which is visibly observed, electronically detected or otherwise Way can be included. These molecules can be enzymes that catalyze reactions that develop colors or change or z. B. changes in electrical properties. They can be molecularly excitable, so that electronic transitions between energy states lead to characteristic spectral absorptions or emissions. she can Chemical entities that are used in conjunction with biosensors be used. Biotin / avidin or biotin / streptavidin and alkaline phosphatase detection systems can be used.
Der Modus des Nachweises der Bindung ist kein Merkmal der vorliegenden Erfindung, und der Fachmann ist fähig, je nach seinen Präferenzen und allgemeinem Wissen einen geeigneten Modus auszuwählen.The mode of detection of binding is not a feature of the present invention, and One skilled in the art will be able to choose a suitable mode according to his preferences and general knowledge.
Antikörper können auch verwendet werden, um ein Polypeptid oder Peptid gemäß der vorliegenden Erfindung zu reinigen und/oder zu isolieren, z. B. nach der Produktion des Polypeptids oder Peptids durch Expression aus dafür kodierender Nucleinsäure. Antikörper können in einem therapeutischen Kontext (der Prophylaxe inkludieren kann) nützlich sein, um die p21/Cyclin-D1/Cdk4-Wechselwirkung im Hinblick auf eine Hemmung der Cdk4-Aktivität und damit der Zellproliferation zu unterbrechen. Antikörper können z. B. in Zellen mikroinjiziert werden, etwa an einer Tumorstelle.Antibodies can also used to prepare a polypeptide or peptide according to the present invention Invention to clean and / or to isolate, for. B. after production of the polypeptide or peptide by expression coding therefrom Nucleic acid. antibody can in a therapeutic context (which may include prophylaxis) useful be the p21 / cyclin D1 / Cdk4 interaction in terms of a Inhibition of Cdk4 activity and thus to interrupt cell proliferation. Antibodies may, for. B. are microinjected into cells, such as at a tumor site.
Andere Kandidaten-Inhibitorverbindungen können auf Modellieren der 3-dimensionalen Struktur eines Polypeptid- oder Peptidfragments basieren sowie auf der Verwendung von rationalem Wirkstoffdesign, um potentielle Inhibitorverbindungen mit besonderen Eigenschaften molekularer Form, Größe und Ladung bereitzustellen.Other Candidate inhibitor compounds can be used to model the 3-dimensional structure of a Polypeptide or peptide fragments based as well as on the use from rational drug design to potential inhibitor compounds with special properties of molecular shape, size and charge provide.
Eine Verbindung, von der herausgefunden wurde, dass sie die Fähigkeit hat, die Cdk4-Aktivität zu beeinflussen, hat in der Antitumorbehandlung therapeutisches Potential und kann in Kombination mit anderen Antitumorverbindungen verwendet werden. In einem solchen Fall muss der Test der Erfindung, wenn er in vivo durchgeführt wird, nicht den Hemmungsgrad der Bindung oder der Modulierung der Cdk4-Aktivität messen, die durch die getestete Verbindung hervorgerufen wird. Stattdessen kann die Wirkung auf die Tumorgenität und/oder Zelllebensfähigkeit gemessen werden. Es kann sein, dass so ein modifizierter Test parallel zu oder nach dem Haupttest der Erfindung durchgeführt wird, um zu bestätigen, dass jede Wirkung auf die Tumorgenität oder und/oder Zelllebensfähigkeit das Ergebnis der Hemmung der Bindung oder Wechselwirkung zwischen p21 und Cyclin-D1/Cdk4, von der Inhibitorverbindung hervorgerufen, ist und nicht lediglich eine allgemeine toxische Wirkung ist.A Compound that was found to have the ability has the Cdk4 activity too have therapeutic potential in antitumor treatment and may be used in combination with other antitumor compounds become. In such a case, the test of the invention, if he performed in vivo will not measure the degree of inhibition of binding or modulation of Cdk4 activity, which is caused by the tested compound. Instead may have an effect on tumorigenicity and / or cell viability be measured. It may be that such a modified test in parallel is performed on or after the main test of the invention, to confirm, that any effect on tumorigenicity or and / and cell viability the result of inhibition of binding or interaction between p21 and cyclin D1 / Cdk4 caused by the inhibitor compound and not merely a general toxic effect.
Nach der Identifizierung einer Substanz oder eines Agens, die/das die Cdk4-Aktivität moduliert oder beeinflusst, kann die Substanz oder das Agens weiter untersucht werden. Weiters kann sie/es hergestellt werden und/oder bei der Herstellung, d. h. bei der Herstellung oder Formulierung, einer Zusammensetzung wie beispielsweise eines Medikaments, einer pharmazeutischen Zusammensetzung oder eines Wirkstoffs verwendet werden. Diese können Individuen verabreicht werden.To the identification of a substance or agent that contains the Cdk4 activity modulated or influenced, the substance or agent may continue to be examined. Furthermore, it can be manufactured and / or in the production, d. H. in the preparation or formulation, a composition such as a medicament, a pharmaceutical composition or an active ingredient become. these can Be administered to individuals.
Wie hervorgehoben wurde, kann das Agens ein Peptidyl, z. B. ein Peptid, das eine wie oben angegebene Sequenz enthält, oder ein funktionales Analogon eines solchen Peptids sein.As has been highlighted, the agent may be a Peptidyl, z. A peptide, which contains a sequence as stated above, or a functional analog of such a peptide.
Wie hierin verwendet bezieht sich der Ausdruck "funktionales Analogon" auf Peptidvarianten oder organische Verbindungen, welche die gleiche funktionale Aktivität wie das besagte Peptid haben, die die Bindung zwischen p21 und Cyclin-D1/Cdk4 stören kann. Beispiele solcher Analoga umfassen chemische Verbindungen, die so modelliert sind, um der dreidimensionalen Struktur der p21- oder Cyclin-D1/Cdk4-Domäne im Kontaktbereich und im Besonderen der Anordnung der Schlüsselaminosäure-Reste, die oben stehend identifiziert sind, wie sie in menschlichem p21 vorkommen, zu ähneln.As As used herein, the term "functional analog" refers to peptide variants or organic compounds having the same functional activity as the said peptides that can interfere with the binding between p21 and cyclin D1 / Cdk4. Examples of such analogs include chemical compounds, so are modeled to the three-dimensional structure of the p21 or cyclin D1 / Cdk4 domain in the contact area and more particularly, the arrangement of the key amino acid residues shown above are identified, as they occur in human p21 to resemble.
In einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung, wie in den Ansprüchen definiert, die Verwendung der oben genannten Substanzen in Verfahren zum Design oder Screenen auf Mimetika dieser Stoffe bereit.In In a further aspect, the present invention provides, as in claims defines the use of the above substances in procedures to design or screen for mimetics of these substances.
Ein Verfahren zum Entwerfen von Mimetika von p21WAF1 mit der biologischen Aktivität, Cdk4 zu binden oder zu hemmen, der Aktivität, Cdk4 allosterisch zu hemmen, und/oder der Aktivität, Cyclin-D1 zu binden, kann Folgendes umfassen:
- (i) Analyse einer Substanz mit der biologischen Aktivität, um die Aminosäurereste zu bestimmen, die für die Aktivität, ein Pharmakophor zu bestimmen, essentiell und wichtig sind, und
- (ii) Modellierung des Pharmakophors, um Kandidaten-Mimetika mit der biologischen Aktivität zu kreieren und/oder zu screenen.
- (i) analyzing a substance having the biological activity to determine the amino acid residues that are essential and important for the activity of determining a pharmacophore, and
- (ii) modeling the pharmacophore to create and / or screen candidate mimetics with biological activity.
Geeignete Modellierungsverfahren sind auf dem Gebiet der Erfindung bekannt. Das umfasst das Design der sogenannten "Mimetika", welches das Studium der funktionalen Wechselwirkungen zwischen fluorogenen Oligonucleotiden und den Molekülen und des Designs der Verbindungen, die funktionale Gruppen enthalten, die auf solch eine Art und Weise angeordnet sind, dass sie diese Wechselwirkungen reproduzieren können, involviert.suitable Modeling methods are known in the art. This includes the design of the so-called "mimetics", which is the study of functional Interactions between fluorogenic oligonucleotides and the molecules and the design of compounds containing functional groups that are arranged in such a way that they are Can reproduce interactions, involved.
Das Entwerfen von Mimetika einer bekannten, pharmazeutisch aktiven Verbindung ist ein bekannter Ansatz der Entwicklung von pharmazeutischen Produkten, die auf einer Leitverbindung basieren. Das kann in Fällen erwünscht sein, in denen die aktive Verbindung schwierig oder teuer zu synthetisieren ist oder in denen sie für eine bestimmte Verabreichungsart nicht geeignet ist, z. B. eignen sich Peptide nicht gut als Wirkstoffe für orale Zusammensetzungen, da sie dazu tendieren, schnell von Proteasen im Verdauungstrakt abgebaut zu werden. Nachahmendes Design, Synthese und Testen können verwendet werden, um ein Zufallsscreening großer Molekülanzahlen auf eine Zieleigenschaft zu vermeiden.The Designing mimetics of a known pharmaceutically active compound is a well-known approach to the development of pharmaceutical products, which are based on a lead connection. That may be desirable in cases in which the active compound is difficult or expensive to synthesize is or where they are for a certain mode of administration is not suitable, for. B. are suitable peptides do not work well as agents for oral compositions, as they tend to rapidly become proteases in the digestive tract to be mined. Mimicking design, synthesis and testing can be used be a random screening of large numbers of molecules on a target property to avoid.
Es gibt einige Schritte, die normalerweise im Design eines Mimetikums einer Verbindung mit einer besagten Zieleigenschaft durchgeführt werden. Zuerst werden die bestimmten Teile der Verbindung, die für die Bestimmung der Targeteigenschaft kritisch und/oder wichtig sind, ermittelt. Im Fall eines Peptids kann dies durch systematisches Variieren der Aminosäurereste im Peptid erfolgen, z. B. durch aufeinander folgendes Substituieren eines jeden der Reste. Diese Teile oder Reste, welche die aktive Region der Verbindung darstellen, sind als ihr "Pharmakophor" bekannt.There are some steps that are usually in the Design of a mimetic of a compound with a said goal property are performed. First, the particular parts of the connection which are critical and / or important for the determination of the target property are determined. In the case of a peptide, this can be done by systematically varying the amino acid residues in the peptide, e.g. By sequentially substituting each of the radicals. These parts or residues, which are the active region of the compound, are known as their "pharmacophore".
Ist das Pharmakophor einmal gefunden, wird seine Struktur entsprechend seiner physischen Eigenschaften modelliert, z. B. Stereochemie, Bindung, Größe und/oder Ladung, unter Verwendung von Daten aus einer Reihe von Quellen, z. B. Spektroskopieverfahren, Röntgenbeugungsdaten und NMR. Rechentechnische Analyse, Ähnlichkeitskartierung (welche die Ladung und/oder das Volumen eines Pharmakophors anstatt der Bindung zwischen den Atomen modelliert) und andere Verfahren können in diesem Modellierungsprozess verwendet werden.is once the pharmacophore is found, its structure will be commensurate modeled on its physical properties, e.g. B. stereochemistry, Binding, size and / or Charge, using data from a number of sources, z. B. Spectroscopy method, X-ray diffraction data and NMR. Computational analysis, similarity mapping (which the charge and / or volume of a pharmacophore instead of the Bond between the atoms modeled) and other methods can be used in this Modeling process can be used.
In einer Variante dieses Ansatzes wird die dreidimensionale Struktur des Liganden und seines Bindungspartners modelliert. Dies kann besonders nützlich sein, wenn der Ligand und/oder Bindungspartner die Konformation der Bindung verändern, um es dem Modell zu ermöglichen, dieses Design des Mimetikums in Betracht zu ziehen.In A variant of this approach is the three-dimensional structure of the ligand and its binding partner. This can be especially useful when the ligand and / or binding partner is the conformation of the bond change, to allow the model to to consider this design of the mimetic.
Ein Matrizenmolekül wird dann ausgewählt, auf das chemische Gruppen, die das Pharmakophor nachahmen, aufgepfropft werden können. Das Matrizenmolekül und die darauf aufgepfropften chemischen Gruppen können leicht ausgewählt werden, sodass das Mimetikum leicht zu synthetisieren ist, wahrscheinlich pharmakologisch annehmbar ist und nicht in vivo abgebaut wird und gleichzeitig die biologische Aktivität der Leitverbindung beibehält. Das Mimetikum oder die Mimetika, das/die durch diesen Ansatz gefunden wurde(n), kann/können dann gescreent werden, um zu sehen, ob sie die Targeteigenschaft aufweisen oder in welchem Ausmaß sie diese aufweisen. Weitere Optimierung oder Modifizierung kann dann durchgeführt werden, um eine oder mehrere finale Mimetika für In-vivo- oder klinische Tests zu erhalten.One template molecule is then selected on grafted chemical groups that mimic the pharmacophore can be. The template molecule and the grafted-on chemical groups can easily selected so that the mimetic is easy to synthesize is pharmacologically acceptable and is not degraded in vivo and while maintaining the biological activity of the lead compound. The Mimetic or the mimetics found by this approach was (can), can / can then be screened to see if they have the target feature or to what extent they have this. Further optimization or modification can then carried out to one or more final mimetics for in vivo or clinical testing receive.
Das Mimetikum oder die Mimetika, das/die durch diesen Ansatz gefunden wurde(n), kann/können dann gescreent werden, um zu sehen, ob sie die Targeteigenschaft aufweisen oder in welchem Ausmaß sie diese aufweisen. Weitere Optimierung oder Modifizierung kann dann durchgeführt werden, um eine oder mehrere finale Mimetika für In-vivo- oder klinische Tests zu erhalten.The Mimetic or the mimetics found by this approach was (can), can / can then be screened to see if they have the target feature or to what extent they have this. Further optimization or modification can then carried out be one or more final mimetics for in vivo or clinical testing to obtain.
Weiters stellt die vorliegende Erfindung, wie in den Ansprüchen definiert, die Verwendung eines Peptids oder eines Derivats, eines aktiven Abschnitts, Analogons oder einer Variante davon bereit, der/die/das in der Lage ist, beim Screenen auf eine Substanz, die in der Lage ist, Cdk4 zu binden und/oder die Cdk4-Aktivität zu hemmen, Cdk4 zu binden und/oder die Cdk4-Aktivität zu hemmen.Furthermore, provides the present invention as defined in the claims, the use of a peptide or a derivative, an active one Section, analogues or a variant of it ready, the / that is able to screen for a substance that is capable is to bind Cdk4 and / or to inhibit Cdk4 activity, to bind Cdk4 and / or the Cdk4 activity to inhibit.
Normalerweise wird ein Inhibitor in einer isolierten und/oder gereinigten Form, d. h. im Wesentlichen rein, bereitgestellt. Das kann das Vorhandensein in einer Zusammensetzung umfassen, in der er zumindest etwa 90% des Wirkstoffs, noch bevorzugter zumindest etwa 95%, noch bevorzugter zumindest etwa 98%, ausmacht. Solch eine Zusammensetzung kann jedoch inerte Trägermaterialien oder andere pharmazeutisch und physiologisch annehmbare Arzneimittelträger umfassen. Wie unten stehend festgehalten, kann eine Zusammensetzung zusätzlich zu einer Inhibitorverbindung, wie offenbart, ein oder mehrere andere Moleküle therapeutischer Verwendung, wie z. B. ein Antitumoragens, umfassen.Usually becomes an inhibitor in an isolated and / or purified form, d. H. essentially pure, provided. That may be the presence in a composition in which it accounts for at least about 90% of the active ingredient, more preferably at least about 95%, more preferably at least about 98%. Such a composition, however, can inert carrier materials or other pharmaceutically and physiologically acceptable excipients. As noted below, a composition in addition to an inhibitor compound as disclosed, one or more others molecules therapeutic use, such as. An antitumor agent.
Eine Substanz, die, im Einklang mit den hierin enthaltenen Offenbarungen, als ein Modulator der p21- und Cyclin-D1/Cdk4-Wechselwirkung und/oder der Cdk4-vermittelten RB-Phosphorylierung oder anderer Substrate von Cdk4 oder anderer p21-vermittelter Aktivität, Eigenschaft oder Stoffwechselweg identifiziert wurde, kann in einer pharmazeutischen Zusammensetzung, einem Medikament, Wirkstoff oder einer anderen Zusammensetzung, die eine solche Substanz umfasst, einem Verfahren, das die Verabreichung einer solchen Zusammensetzung an einen Patienten umfasst, z. B. zur Antitumor- oder anderer antiproliferativer Behandlung, die präventive Behandlung miteinschließen können, einer Verwendung solch einer Substanz bei der Herstellung einer Zusammensetzung zur Verabreichung, z. B. zur Antitumor- oder anderer antiproliferativer Behandlung, und einem Verfahren zur Herstellung einer pharmazeutischen Zusammensetzung, welche das Hinzufügen solch einer Substanz zu einem pharmazeutisch annehmbaren Arzneimittelträger, Vehikel oder Träger sowie gegebenenfalls anderen Inhaltsstoffen umfasst, Verwendung finden.A A substance which, in accordance with the disclosures contained herein, as a modulator of the p21 and cyclin D1 / Cdk4 interaction and / or the Cdk4-mediated RB phosphorylation or other substrates of Cdk4 or others p21-mediated activity, Property or metabolic pathway has been identified in one pharmaceutical composition, drug, drug or another composition comprising such a substance, a method involving the administration of such a composition to a patient, e.g. As antitumor or other antiproliferative Treatment, the preventive treatment include can, a use of such a substance in the preparation of a composition for administration, e.g. As antitumor or other antiproliferative Treatment, and a method for producing a pharmaceutical Composition, which adds the addition of such a substance a pharmaceutically acceptable excipient, vehicle or carrier as well may contain other ingredients.
Eine Substanz, wie z. B. ein Inhibitor von p21- und Cyclin-D1 und/oder Cdk4-Wechselwirkung oder -Bindung, kann zur Verwendung in einem Behandlungsverfahren des menschlichen oder tierischen Körpers durch eine Therapie, welche die Cdk4-Aktivität oder andere p21-vermittelte Aktivität in Zellen, z. B. Tumorzellen, beeinflusst, bereitgestellt werden.A Substance, such as As an inhibitor of p21 and cyclin D1 and / or Cdk4 interaction or Binding, may be for use in a method of treatment of human or animal body by a therapy involving Cdk4 activity or other p21-mediated activity in cells, e.g. As tumor cells, influenced.
Daher umfasst ein Verfahren zur Modulierung der Cdk4-Aktivität oder anderer p21-vermittelter Aktivität in einer Zelle die Verabreichung eines Agens, das die Bindung von p21 an Cyclin-D1 und/oder Cdk4-Protein hemmt oder blockiert, wobei so ein Verfahren bei der Behandlung von Krebs oder anderer Krankheiten oder Störungen, einschließlich Malignitäten, bei denen die Inhibierung von zellulärem Wachstum und/oder Proliferation erwünscht ist, nützlich ist.Thus, a method of modulating Cdk4 activity or other p21-mediated activity in a cell comprises administering a An agent that inhibits or blocks the binding of p21 to cyclin D1 and / or Cdk4 protein, such a method in the treatment of cancer or other diseases or disorders, including malignancies, in which the inhibition of cellular growth and / or proliferation is desired, is useful.
Ein Verfahren zur Behandlung von Tumoren umfasst das Verabreichen eines Agens an einen Patienten, der die Bindung von p21 an Cyclin-D1 und/oder Cdk4 stört.One Methods of treating tumors include administering a Agent to a patient, the binding of p21 to cyclin D1 and / or Cdk4 bothers.
Egal ob es sich um ein Polypeptid, einen Antikörper, ein Peptid, ein Nucleinsäuremolekül, ein kleines Molekül, ein Mimetikum oder eine andere pharmazeutisch nützliche Verbindung handelt, die einem Individuum verabreicht werden soll, die Verabreichung erfolgt vorzugsweise in einer "prophylaktisch wirksamen Menge" oder einer "therapeutisch wirksamen Menge" (je nach Situation, obwohl die Prophylaxe als Therapie angesehen werden kann), da dies ausreichend ist, um beim Individuum positive Wirkung zu zeigen. Die tatsächlich verabreichte Menge, die Häufigkeit und der Zeitplan der Verabreichung hängen von der Art und der Schwere der zu behandelnden Erkrankung ab. Die Verschreibung von Behandlungen, z. B. Entscheidungen über die Dosierung etc., liegt in der Verantwortung der praktischen Ärzte und anderer Fachärzte.No matter whether it is a polypeptide, an antibody, a peptide, a nucleic acid molecule, or a small molecule Molecule, is a mimetic or other pharmaceutically useful compound, which is to be administered to an individual, the administration is preferably in a "prophylactic effective amount "or a "therapeutically effective Quantity "(depending on Situation, although prophylaxis can be considered as a therapy) this is sufficient to show positive effects on the individual. Actually amount administered, the frequency and the schedule of administration depend on the type and severity of the disease to be treated. The prescription of treatments, z. B. decisions about the dosage etc., is the responsibility of the general practitioners and other medical specialists.
Eine Zusammensetzung kann alleine oder in Kombination mit anderen Behandlungen verabreicht werden, entweder gleichzeitig oder nacheinander, je nach der zu behandelnden Erkrankung.A Composition may be alone or in combination with other treatments be administered, either simultaneously or sequentially, as appropriate the disease to be treated.
Pharmazeutische Zusammensetzungen zur Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung können, zusätzlich zu dem Wirkstoff, einen pharmazeutisch akzeptablen Arzneimittelträger, Träger, Puffer, Stabilisator oder andere, dem Fachmann gut bekannte Materialien umfassen. Solche Materialien sollten nicht toxisch sein und sollten die Wirksamkeit des Wirkstoffs nicht stören. Die genaue Natur des Trägers oder anderen Materials hängt von der Verabreichungsart ab, welche oral oder durch Injektion, z. B. kutan, subkutan oder intravenös, sein kann.pharmaceutical Compositions for use according to the present invention can, additionally to the active ingredient, a pharmaceutically acceptable excipient, carrier, buffer, stabilizer or other materials well known to those skilled in the art. Such Materials should not be toxic and should not affect the efficacy of the product Do not disturb the active substance. The exact nature of the vehicle or other material on the mode of administration, which can be administered orally or by injection, z. Cutaneous, subcutaneous or intravenous.
Pharmazeutische Zusammensetzungen zur oralen Verabreichung können die Form von Tabletten, Kapseln, Pulvern oder Flüssigkeiten haben. Eine Tablette kann einen festen Träger, wie z. B. Gelatine oder ein Adjuvans, umfassen. Flüssige pharmazeutische Zusammensetzungen umfassen im Allgemeinen einen flüssigen Träger, wie z. B. Wasser, Petroleum, tierische oder pflanzliche Öle, Mineralöl oder synthetisches Öl. Physiologische Salzlösung, Dextrose- oder andere Saccharidlösungen oder Glykole, wie z. B. Ethylenglykol, Propylenglykol oder Polyethylenglykol, können inkludiert sein.pharmaceutical Compositions for oral administration may take the form of tablets, Capsules, powders or liquids to have. A tablet may be a solid carrier, such as. Gelatin or an adjuvant. liquid Pharmaceutical compositions generally include one liquid Carrier, such as As water, petroleum, animal or vegetable oils, mineral oil or synthetic oil. physiological Saline, Dextrose or other saccharide solutions or glycols, such as. As ethylene glycol, propylene glycol or polyethylene glycol, can to be included.
Zur intravenösen, kutanen oder subkutanen Injektion oder zur Injektion an der Stelle der Beschwerden hat der aktive Inhaltsstoff die Form einer parenteral annehmbaren wässrigen Lösung, die pyrogenfrei ist und einen geeigneten pH Wert, eine geeignete Isotonie und Stabilität aufweist. Der durchschnittlich gebildete Fachmann ist leicht in der Lage, geeignete Lösungen herzustellen, z. B. isotonische Vehikel, wie etwa Natriumchloridinjektion, Ringer-Injektion, taktierte Ringer-Injektion. Konservierungsstoffe, Stabilisatoren, Puffer, Antioxidantien und/oder andere Additive können, je nach Bedarf, umfasst sein.to intravenous, cutaneous or subcutaneous injection or for injection at the site Of the complaints, the active ingredient has the form of a parenteral acceptable aqueous Solution, which is pyrogen-free and has a suitable pH, a suitable Isotonia and stability having. The average educated expert is easily in capable of finding suitable solutions to produce, for. Isotonic vehicles, such as sodium chloride injection, Ringer injection, cycled Ringer injection. Preservatives, Stabilizers, buffers, antioxidants and / or other additives can, as needed, includes.
Beispiele für oben stehend erwähnte Verfahren und Arbeitsvorschriften sind in Remington's Pharmaceutical Sciences, 16. Auflage, A. Oslo (Hrsg.) (1980), zu finden.Examples for above mentioned standing Procedures and procedures are in Remington's Pharmaceutical Sciences, 16th Edition, A. Oslo (ed.) (1980).
Das Agens kann lokal an eine Tumorstelle oder an eine andere gewünschte Stelle verabreicht werden, oder es kann auf eine Art und Weise verabreicht werden, auf die es auf Tumor- oder andere Zellen als Target abzielt.The Agent may be local to a tumor site or to another desired site be administered or it may be administered in a manner targeting tumor or other cells as a target.
Targeting-Therapien können verwendet werden, um den Wirkstoff spezifischer durch Verwendung von Targeting-Systemen, wie z. B. antikörper- oder zellspezifische Liganden, bestimmten Zellarten zuzuführen. Targeting kann aufgrund einer Reihe von Gründen erwünscht sein, z. B. wenn das Agens inakzeptabel toxisch ist oder wenn er andernfalls eine zu hohe Dosis erfordern würde oder wenn er anders nicht fähig wäre, in die Targetzellen einzudringen.Targeting therapies can used to make the drug more specific by use of targeting systems, such as B. antibody or cell specific Ligands to supply specific cell types. Targeting may be due a number of reasons he wishes be, z. If the agent is unacceptably toxic or if it is otherwise it would require too high a dose or otherwise would be capable of Invade target cells.
Anstatt diese Agenzien direkt zu verabreichen, können sie in den Targetzellen durch Expression aus einem kodierenden Gen, das in die Zellen eingeführt wurde, z. B. in einem viralen Vektor (eine Variante des VDEPT-Verfahrens – siehe unten), produziert werden. Der Vektor kann auf die spezifischen, zu behandelnden Zellen abzielen, oder er kann regulatorische Elemente enthalten, die von den Targetzellen mehr oder weniger selektiv angeschaltet werden.Instead of To administer these agents directly, they can in the target cells by expression from a coding gene introduced into the cells, z. In a viral vector (a variant of the VDEPT method - see below). The vector may be specific to, too targeting cells or regulatory elements included, more or less selectively turned on by the target cells become.
Das
Agens kann in einer Vorläuferform
verabreicht werden, zur Umwandlung in die aktive Form durch ein
aktivierendes Agens, das in den zu behandelnden Zellen produziert
wird oder auf diese abzielt. Diese Art des Ansatzes wird manchmal
als ADEPT oder VDEPT bezeichnet, wobei Ersterer das Targeting des
aktivierenden Agens auf die Zellen durch Konjugation an einen zellspezifischen
Antikörper
umfasst, während
Letzterer die Produktion des aktivierenden Agens, z. B. eines Enzyms,
in einem Vektor durch Expression aus kodierender DNA in einem viralen
Vektor umfasst (siehe z. B.
Eine Zusammensetzung kann alleine oder in Kombination mit anderen Behandlungen verabreicht werden, entweder gleichzeitig oder nacheinander, je nach der zu behandelnden Erkrankung, z. B. Krebs, Virusinfektionen oder jeder andere Zustand, bei dem eine p21-vermittelte Wirkung erwünscht ist.A composition may be alone or in Combination with other treatments, either simultaneously or sequentially, depending on the condition being treated, e.g. Cancer, viral infections or any other condition in which a p21-mediated effect is desired.
Nucleinsäure, die für ein Polypeptid oder Peptid kodiert, das fähig ist, die p21- und Cyclin-D1- und/oder Cdk4-Wechselwirkung oder -Bindung zu stören und/oder die Cdk4-Aktivität oder andere p21-vermittelte zelluläre Stoffwechselwege oder Funktionen zu induzieren oder zu modulieren, kann in Gentherapieverfahren verwendet werden, z. B. bei der Behandlung von Individuen mit dem Ziel, einen Tumor (ganz oder teilweise) zu verhindern oder zu heilen, z. B. bei Krebs oder anderen Störungen, die einen Verlust der korrekten Regulierung des Zellzyklus und/oder der Zellvermehrung umfassen, sowie anderen Störungen, bei denen ein spezifischer Zelltod erwünscht ist, wie z. B. bei gewissen viralen Infektionen.Nucleic acid, the for a Polypeptide or peptide capable of the p21 and cyclin D1 and / or Disrupting Cdk4 interaction or binding and / or the Cdk4 activity or other p21-mediated cellular To induce or modulate metabolic pathways or functions, can be used in gene therapy procedures, e.g. B. in the treatment of individuals aiming at a tumor (in whole or in part) prevent or cure, eg. In cancer or other disorders, a loss of proper regulation of the cell cycle and / or cell proliferation, as well as other disorders in which a specific Cell death desirable is, such. In certain viral infections.
Vektoren, wie z. B. virale Vektoren, wurden nach dem Stand der Technik verwendet, um Nucleinsäure in eine große Auswahl verschiedener Targetzellen einzuführen. Typischerweise werden die Vektoren gegenüber Targetzellen ausgesetzt, sodass die Transfektion in einem ausreichenden Teil der Zellen stattfinden kann, um eine nützliche therapeutische oder prophylaktische Wirkung aus der Expression des gewünschten Polypeptids bereitzustellen. Die transfizierte Nucleinsäure kann dauerhaft in das Genom einer jeden der als Target ausgesuchten Tumorzellen inkorporiert werden und so eine lange anhaltende Wirkung bieten, alternativ dazu kann die Behandlung auch periodisch wiederholt werden.vectors such as As viral vectors, have been used in the prior art, to nucleic acid in a big one To introduce selection of different target cells. Typically the vectors opposite Target cells exposed, so that the transfection in a sufficient Part of the cells can take place to be a useful therapeutic or Prophylactic effect from the expression of the desired To provide polypeptide. The transfected nucleic acid can permanently into the genome of each of the targeted tumor cells be incorporated and thus provide a long-lasting effect, Alternatively, the treatment may also be repeated periodically.
Auf
dem Gebiet der Erfindung sind eine Reihe von Vektoren, sowohl virale
Vektoren als auch Plasmidvektoren, bekannt, siehe
Als Alternative zur Verwendung viraler Vektoren umfassen andere bekannte Verfahren zum Einführen von Nucleinsäure in Zellen Elektroporation, Calciumphosphat-Co-Fällung, mechanische Verfahren, wie z. B. Mikroinjektion, liposomenvermittelten Transfer und direkte DNA-Aufnahme und rezeptorvermittelten DNA-Transfer.When Alternative to using viral vectors include other known ones Method of insertion of nucleic acid in cells electroporation, calcium phosphate co-precipitation, mechanical processes, such as Microinjection, liposome-mediated transfer and direct DNA uptake and receptor-mediated DNA transfer.
Rezeptorvermittelter Gentransfer, in dem die Nucleinsäure via Polylysin an einen Proteinliganden gebunden ist, wobei der Ligand spezifisch für einen auf der Oberfläche der Targetzellen befindlichen Rezeptor ist, ist ein Beispiel für ein Verfahren zum spezifischen Targeting von Nucleinsäure auf bestimmte Zellen.receptor-mediated Gene transfer in which the nucleic acid via polylysine bound to a protein ligand, wherein the ligand specific for one on the surface is the target cell receptor is an example of a method for specific targeting of nucleic acid to specific cells.
Ein Polypeptid, Peptid oder eine andere Substanz, das/die fähig ist, die Wechselwirkung des relevanten Polypeptids, Peptids oder anderer, wie hierin offenbarter Substanz zu stören, oder ein Nucleinsäuremolekül, das für ein Peptidyl kodiert, kann in einem Set, z. B. versiegelt in einem geeigneten Container, der seinen Inhalt vor der äußeren Umwelt schützt, bereitgestellt werden. So ein Set kann Anweisungen zur Verwendung umfassen.One Polypeptide, peptide or other substance capable of the interaction of the relevant polypeptide, peptide or other, a substance as disclosed herein, or a nucleic acid molecule encoding a peptidyl coded, can be used in a set, eg. B. sealed in a suitable Container, which protects its contents from the external environment provided become. Such a kit may include instructions for use.
Verschiedene weitere Aspekte und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind für den Fachmann im Hinblick auf die vorliegenden Offenbarungen offensichtlich. Einige Aspekte und Ausführungsformen der Erfindung werden nun als Beispiel dargestellt und nehmen Bezug auf die folgenden Figuren:Various further aspects and embodiments The present invention will be apparent to those skilled in the art to the present disclosures. Some aspects and embodiments The invention will now be illustrated by way of example and reference on the following figures:
Cyclin-D1-Cdk4-Tests wurden in vitro unter Verwendung von Lysaten aus einer Sf9-Insektenzelle gefolgt von Co-Infektion mit Cdk4- und Cyclin-D1-Baculoviruskonstrukten und GST-Rb als Substrat durchgeführt. p21WAF1-Peptide wurden in einer Konzentration von 17 μM zu den Tests hinzugefügt, und die Wirkung auf die Cdk4-Aktivität wurde durch SDS-PAGE und Autoradiographie ermittelt. Die Zeichnung zeigt die Quantifizierung des Autoradiogramms unter Verwendung von Biobildgebern, die relative Bindung wird durch die Cdk4-Aktivität in Abwesenheit des Peptids dargestellt. Die Daten sind für 4 Experimente repräsentativ. "x" zeigt keinen Zusatz von Peptid.Cyclin D1-Cdk4 assays were performed in vitro using lysates from an Sf9 insect cell followed by co-infection with Cdk4 and cyclin D1 baculovirus constructs and GST-Rb as substrate. p21 WAF1 peptides were added to the tests at a concentration of 17 μM, and the effect on Cdk4 activity was determined by SDS-PAGE and autoradiography. The drawing shows the quantification of the autoradiogram using biosensors, the relative binding is represented by the Cdk4 activity in the absence of the peptide. The data are representative of 4 experiments. "x" shows no addition of peptide.
Die Peptide 4, 8, 2 und 10 wurden zu Cyclin-D1-Cdk4-Tests in verschiedenen Konzentrationen zwischen 0,01–34 μM hinzugefügt. Die Zeichnung zeigt ein Diagramm der Aktivität (%) relativ zur Cdk4-Aktivität, die in Abwesenheit der Peptids gemessen wurde, über die Peptid-Konzentration und I0,5 für jedes Peptid. Die Daten zeigen den Mittelwert von 3 Experimenten.Peptides 4, 8, 2 and 10 were added to cyclin D1-Cdk4 assays at various concentrations between 0.01-34 μM. The drawing shows a plot of activity (%) relative to Cdk4 activity measured in the absence of the peptides, peptide concentration and I 0.5 for each peptide. The data show the mean of 3 experiments.
Die Fig. zeigt die Resultate der Phosphorylierungstests unter Verwendung der Peptide 2, 4 und 10.The Fig. 1 shows the results of the phosphorylation tests using peptides 2, 4 and 10.
Die Fig. zeigt die Sequenzen einer Reihe von Peptiden, die auf Peptid 10 basieren und kreiert worden sind, um die minimale inhibitorische Domäne zu finden. Die eingerahmten Reste stellen die minimale inhibitorische Domäne dar. Die Peptide wurden zu Cyclin-D1-Cdk4-Tests hinzugefügt und mittels SDS-PAGE und Autoradiographie analysiert.The Figure 1 shows the sequences of a series of peptides based on peptide 10 are based and designed to be the least inhibitory domain to find. The framed residues represent the minimal inhibitory domain The peptides were added to cyclin D1-Cdk4 assays and SDS-PAGE and autoradiography analyzed.
Um Reste, die für die Inhibierung von Cdk4 durch Peptid 10 entscheidend waren, ausfindig zu machen, wurde eine Reihe von Punktmutationen konstruiert, in denen jeder Rest sequentiell zu Alanin geändert wurde. Die Peptide wurden zu Cyclin-D1-Cdk4-Tests hinzugefügt, und die Resultate wurden durch SDS-PAGE und Autoradiographie analysiert und dann mittels eines Bio-Bildgebers quantifiziert. Die Resultate werden relativ zur Cdk4-Aktivität in Abwesenheit von Peptid ausgedrückt und repräsentieren 3 Experimente. Nachdem die Erfinder die entscheidenden Reste identifiziert hatten, synthetisierten sie ein unmarkiertes Acht-Aminosäurepeptid, welches das R, L und F (KRRLIFS) enthielt, und bestimmten die Phosphorylierung von GST-Rb durch Cyclin-D1-Cdk4 in Gegenwart von zunehmenden Konzentrationen dieses trunkierten Peptids.Around Leftovers for The inhibition of Cdk4 by peptide 10 was crucial a series of point mutations was constructed in each residue was sequentially changed to alanine. The peptides were to cyclin D1 Cdk4 assays added and the results were analyzed by SDS-PAGE and autoradiography and then quantified using a bio-imager. The results are relative to Cdk4 activity in Absence of peptide expressed and represent 3 experiments. After the inventors identified the crucial residues they synthesized an unlabeled eight-amino acid peptide which containing R, L and F (KRRLIFS) and determined phosphorylation of GST-Rb by cyclin D1-Cdk4 in the presence of increasing concentrations this truncated peptide.
Dies zeigt die Konzentrationskurven für Peptid 10, D-zu-A-Mutantenpeptid 10, ein von p16INK4 abstammendes Peptid (Fahraeus et al. (1996)) und Volllängen-his-p21WAF1, bestimmt unter Verwendung des Cyclin-D1-Cdk4-Tests, analysiert durch SDS-PAGE, Autoradiogaphie und Bio-Bildgebung, und den I0,5 jedes Inhibitors. Die Ergebnisse sind der Mittelwert von 3 solchen Experimenten.This shows the concentration curves for peptide 10, D to A mutant peptide 10, a peptide derived from p16INK4 (Fahraeus et al. (1996)) and full length his-p21 WAF1 , determined using the cyclin D1-Cdk4 assay , analyzed by SDS-PAGE, autoradiography and bioimaging, and the I 0.5 of each inhibitor. The results are the mean of 3 such experiments.
Eine
Reihe von synthetischen Peptiden, die auf der Sequenz von Peptid
10 basieren (Peptide I, II und III, gezeigt in
In einem eigenen Experiment wurde DMEM + 10% FCS alleine oder DMEM + 10% FCS enthaltend entweder 25 μM Peptid-I oder 50 μM Peptid-II zu den HaCaT-Zellen hinzugefügt, die dann 72 Stunden lang ausgehungert wurden. Zu den angegebenen Zeiten wurden Proben genommen und mittels SDS-PAGE/Western-Blot, für pRb gefärbt, analysiert. pRb repräsentiert hypophosphoryliertes Rb-Protein, und pRb* bezieht sich auf hyperphosphoryliertes Rb-Protein. Es wird darauf hingewiesen, dass gleiche Mengen an Gesamtprotein pro Spur aufgeladen wurden und dass es so scheint, dass der Antikörper vorzugsweise phosphorylierte Formen des Rb-Proteins erkennt.In a separate experiment was DMEM + 10% FCS alone or DMEM + 10% FCS containing either 25 μM Peptide I or 50 μM Peptide II was added to the HaCaT cells, which then lasted for 72 hours were starving. Samples were taken at the indicated times and analyzed by SDS-PAGE / Western blot stained for pRb. pRb represents hypophosphorylated Rb protein, and pRb * refers to hyperphosphorylated Rb protein. It should be noted that equal amounts of total protein per track and it appears that the antibody is preferentially recognizes phosphorylated forms of the Rb protein.
Die Fig. zeigt den Grad der Inhibierung der Cyclin-D1-Cdk4-Aktivität unter Verwendung von pRb als Substrat durch Peptid-2- (2 in der Fig.) und Alanin-Scan-Mutationen des Peptids (wobei jeder Rest sequentiell zu Alanin mutiert wird). Die Aktivität wird relativ zur uninhibierten Aktivität angegeben. (Nein steht für keine zugesetzten Peptide.) Peptide waren in einer Konzentration von 10 μM vorhanden. Ein ähnliches Muster ist zu sehen, wenn Peptid-2-Mutanten an Cyclin-D1, das in Retikulozyten-Lysaten exprimiert wurde, gebunden ist.The figure shows the degree of inhibition of cyclin D1-Cdk4 activity using pRb as substrate by peptide-2- (2 in the Figure) and alanine-scan mutations of the peptide (with each residue is mutated sequentially to alanine). The activity is indicated relative to uninhibited activity. (No stands for no added peptides.) Peptides were present at a concentration of 10 μM. A similar pattern can be seen when peptide 2 mutants are bound to cyclin D1 expressed in reticulocyte lysates.
Wichtige Reste für die Bindung und Inhibition sind die beiden Arginin-Reste (R) und Phenylalanin (F), wobei Lysin (K) und Prolin (P) auch eine Rolle spielen. Das ist anders im Vergleich zu Resten, die für die Wechselwirkung von Volllängenprotein mit Cyclin-D1 als entscheidend identifiziert wurden, da diese Studien das LFG-Motiv als das wichtigste für die Aktivität identifizieren.Important Leftovers for the binding and inhibition are the two arginine residues (R) and Phenylalanine (F), with lysine (K) and proline (P) also playing a role. This is different compared to residues responsible for the interaction of full-length protein with cyclin D1 were identified as crucial as these studies identify the LFG motif as the most important activity.
Experimentelle VerfahrenExperimental procedures
Peptidepeptides
Alle Peptide wurden von Chiron Mimotopes, Peptide Systems (Clayton, Australien) synthetisiert. Jedes Peptid weist einen Biotin-SGSG-Spacer am C-Terminus und einen freien N-Terminus auf. Die Peptide wurden in DMSO bei etwa 5 mg/ml aufgelöst, und dann bestimmten die Erfinder ihre Konzentration genau durch Aminosäureanalyse (Smythe et al. (1988)). Zusätzlich wurde die Reinheit der Peptide mittels Massenspektrometrie geschätzt. Positive Ionen-Elektrospray-Massenspektrometrie wurde auf einem Dreifach-Quadrupol-Massenspektrometer (V. G. Quattro) in 50/50/0,1 Wasser/Acetonitril/Ameisensäure durchgeführt.All Peptides were obtained from Chiron Mimotopes, Peptide Systems (Clayton, Australia). synthesized. Each peptide has a biotin-SGSG spacer at the C-terminus and a free N-terminus. The peptides were added in DMSO about 5 mg / ml dissolved, and then the inventors precisely determined their concentration by amino acid analysis (Smythe et al., (1988)). additionally the purity of the peptides was estimated by mass spectrometry. positive Ion electrospray mass spectrometry was on a triple quadrupole mass spectrometer (V.G. Quattro) in 50/50 / 0.1 water / acetonitrile / formic acid.
Proteineproteins
Cycline und CDKs–Cdk4 und Cyclin-D1, Cdk2 und Cyclin-E und Cdc2 und Cyclin-B wurden in Sf9-Insektenzellen, die mit den geeigneten Baculovirus-Konstrukten infiziert worden waren, co-exprimiert. Die Zellen wurden zwei Tage nach der Infektion durch niedertourige Zentrifugation geerntet, und das Pellet wurde in einer gleichen Menge von 10 mM Hepes, pH 7,4, enthaltend: 10 mM NaCl, 1 mM EDTA und 0,1 mM Phenylmethansulfonylfluorid, 2 mM DTT, lysiert und bei 14000 × g 15 Minuten lang zentrifugiert. Der Überstand wurde entfernt, aliquotiert und sofort in flüssigem Stickstoff eingefroren. Aufgetautes Lysat wurde nur einmal verwendet und wurde nie erneut eingefroren. Markiertes Cdk4 und Cyclin-D1 wurden durch Translation in Gegenwart von [35S]-Methionin unter Verwendung eines In-vitro-Kaninchen-Retikulozyten-Lysat-Translationssets produziert (Promega).Cycline and CDKs-Cdk4 and cyclin D1, Cdk2 and cyclin E and Cdc2 and cyclin B were co-expressed in Sf9 insect cells infected with the appropriate baculovirus constructs. The cells were harvested by low-speed centrifugation two days after infection, and the pellet was added in an equal amount of 10 mM Hepes, pH 7.4, containing: 10 mM NaCl, 1 mM EDTA, and 0.1 mM phenylmethanesulfonyl fluoride, 2 mM DTT , lysed and centrifuged at 14,000 × g for 15 minutes. The supernatant was removed, aliquoted and immediately frozen in liquid nitrogen. Thawed lysate was used only once and was never frozen again. Labeled Cdk4 and cyclin D1 were produced by translation in the presence of [ 35 S] methionine using an in vitro rabbit reticulocyte lysate translation kit (Promega).
His-markiertes p21WAF1 – Menschliches p21WAF1 wurde in E. coli unter Verwendung eines PET-Expressionsvektors exprimiert. Die lösliche p21WAF1-Proteinfraktion wurde unter Verwendung einer Nickelchelatsäule und unter Berücksichtigung der Anweisungen des Herstellers (Pharmacia) gereinigt. Der eluierte Proteinpeak wurde gegen 25 mM Hepes, pH 7,4 enthaltend: 0,1 mM EDTA, 1 mM Benzamidin, 0,01% Triton-X-100 und 0,1 mM Phenylmethansulfonylfluorid, dialysiert, eingeengt, und auf eine Superose-12-Gel-Filtrationssäule (Pharmacia) aufgetragen, die im oben genannten Puffer äquilibriert wurde. Fraktionen, die p21WAF1 enthielten, wurden mittels Western-Blot unter Verwendung des p21WAF1-spezifischen monoklonalen Antikörpers Ab-1 (Oncogene Sciences) nachgewiesen, auf 200 μg/ml eingeengt und bei –70°C gelagert.His-tagged p21 WAF1 - Human p21 WAF1 was expressed in E. coli using a PET expression vector. The soluble p21 WAF1 protein fraction was purified using a nickel chelate column and following the manufacturer's instructions (Pharmacia). The eluted protein peak was dialyzed against 25 mM Hepes, pH 7.4 containing: 0.1 mM EDTA, 1 mM benzamidine, 0.01% Triton-X-100 and 0.1 mM phenylmethanesulfonyl fluoride, and assayed for superoxide. 12 gel filtration column (Pharmacia) equilibrated in the above buffer. Fractions containing p21 WAF1 were detected by Western blot using the p21 WAF1- specific monoclonal antibody Ab-1 (Oncogene Sciences), concentrated to 200 μg / ml and stored at -70 ° C.
GST-Rb – Ein E.-coli-Expressionskonstrukt, das die Hyperphosphorylierungsdomäne von pRb (Aminosäuren 773-924) enthielt, wurde auf einer Glutathion-Sepharose-Säule gemäß den Anweisungen des Herstellers (Pharmacia) gereinigt.GST-Rb - An E. coli expression construct, the the hyperphosphorylation domain of pRb (amino acids 773-924) was placed on a glutathione Sepharose column according to the manufacturer's instructions (Pharmacia).
Peptidfällung von Cdk4 und Cyclin-D1Peptide precipitation of Cdk4 and cyclin D1
Eine
20-Aminosäure-Peptidbibiothek,
welche die gesamte Sequenz von p21WAF1 abdeckte (
Enzymtestsenzyme tests
Die Phosphorylierung von GST-Rb-Cdk4-Aktivität wurde unter Verwendung des oben beschriebenen Cyclin-D1-Cdk4-haltigen Insektenzellenlysats gemessen. Extrakt (1 μl) wurde zu einem Endreaktionsvolumen von 10 μl, enthaltend: 50 mM Hepes, pH 7,4, 10 mM MgCl2, 2,5 mM EGTA, 1 mM DTT, 10 mM β-Glycerophosphat, 1 mM NaF, 10 mM PKI, 50 μM ATP enthaltend [32P]-ATP (1.000 cpm/pmol) und 0,5 μg (GST-Rb), hinzugefügt. Die Versuche wurden durch die Zugabe des GST-Rb-Substrats gestartet, 10 Minuten lang bei 30°C inkubiert (die Inkorporation von 32P in GST-Rb war für 15–20 Minuten linear) und durch Hinzufügen von SDS-PAGE-Probepuffer und 4-minütige Erhitzung auf 95°C zu Ende geführt. Die Proben wurden mittels SDS-PAGE auf 12-%-Gelen analysiert, gefolgt von Autoradiographie und Quantifizierung unter Verwendung eines Bio-Bildgebers.Phosphorylation of GST-Rb-Cdk4 activity was measured using the cyclin D1-Cdk4-containing insect cell lysate described above. Extract (1 μl) was added to a final reaction volume of 10 μl containing: 50 mM Hepes, pH 7.4, 10 mM MgCl 2, 2.5 mM EGTA, 1 mM DTT, 10 mM β-glycerophosphate, 1 mM NaF, 10 mM PKI, 50 μM ATP containing [ 32 P] -ATP (1,000 cpm / pmol) and 0.5 μg (GST-Rb) added. The experiments were started by the addition of the GST-Rb substrate, incubated at 30 ° C for 10 minutes (the incorporation of 32 P into GST-Rb was linear for 15-20 minutes) and by adding SDS-PAGE sample buffer and 4 minutes heating to 95 ° C completed. The samples were analyzed by SDS-PAGE on 12% gels analyzed, followed by autoradiography and quantification using a bio-imager.
Peptid-PhosphorylierungPeptide phosphorylation
Die biotinylierten Peptide (1 μg) wurden 30 Minuten lang bei 30°C in einem finalen Volumen von 20 μl, enthaltend: 50 mM Hepes, pH 7,4, 10 mM MgCl2, 2,5 mM EGTA, 1 mM DTT, 10 mM β-Glycerophosphat, 1 mM NaF, 10 mM PKI, 50 μM ATP enthaltend [32P]-ATP (6.000 cpm/pmol) und entweder 1 μl Cyclin-D1-Cdk4-Insektenzellenlysat, 1 μl uninfiziertes Insektenzellenlysat oder 0.02 mU Proteinkinase C plus 0,5 mM CaCl2, 100 mg/ml Phosphatidylserin und 20 mg/ml Diacylglycerin, inkubiert. Die Reaktionen wurden durch 5-minütige Erhitzung bei 60°C gestoppt, und Streptavidin-Agaroseperlen wurden hinzugefügt (10 μl gepacktes Zellvolumen, gewaschen mit 3 × PBS) und durch Schütteln 30 Minuten lang bei 40°C inkubiert. Die Perlen wurden ausgiebig mit PBS, enthaltend 3 Vol.-% Tween-20, gewaschen, und die Inkorporation der Radioaktivität in die Peptide wurde durch Cerenkov-Zählung bestimmt.The biotinylated peptides (1 μg) were incubated for 30 minutes at 30 ° C in a final volume of 20 μl containing: 50 mM Hepes, pH 7.4, 10 mM MgCl 2 , 2.5 mM EGTA, 1 mM DTT, 10 mM β-glycerophosphate, 1 mM NaF, 10 mM PKI, 50 μM ATP containing [ 32 P] -ATP (6,000 cpm / pmol) and either 1 μl cyclin D1-Cdk4 insect cell lysate, 1 μl uninfected insect cell lysate or 0.02 mU protein kinase C plus 0.5 mM CaCl 2 , 100 mg / ml phosphatidylserine and 20 mg / ml diacylglycerol. The reactions were stopped by heating at 60 ° C for 5 minutes, and streptavidin-agarose beads were added (10 μl packed cell volume, washed with 3 × PBS) and incubated by shaking at 40 ° C for 30 minutes. The beads were washed extensively with PBS containing 3% by volume of Tween-20 and the incorporation of radioactivity into the peptides was determined by Cerenkov counting.
Zellzyklus-MessungenCell cycle measurements
Trägergebundene
Peptide wurden für
die Zufuhr in proliferierende HaCaT-Zellen geschaffen (siehe
pRb-Phosphorylierung in HaCaT-ZellenpRb phosphorylation in HaCaT cells
HaCaT-Zellen wurden auf 30-mm-Kulturplatten bei 25% Konfluenz in DMEM mit 10% FCS beimpft. Das FCS wurde nach 24 Stunden abgezogen, und die Zellen wurden 72 Stunden lang ausgehungert. Am Ende dieser Zeitspanne wurde das Medium mit 10% FCS und trägergebundenen Peptiden ergänzt. Proben wurden über eine Zeitspanne von 24 Stunden entnommen, und die Zellen wurden in RIPA-Puffer (50 mM Tris-HCl, pH 8,0, enthaltend 150 mM NaCl, 1,0 Vol.-% NP-40, 0,5% (Gew./Vol.) DOC, 0,1% (Gew./Vol.) SDS, 1 mM PMSF, 0,1 mg/ml Aprotinin und 0,5 mg/ml Leupeptin) 30 Minuten lang bei 4°C lysiert. Die Phosphorylierungsstadien von pRb wurden, wie zuvor beschrieben, durch Western-Blot-Analyse bestimmt (Fahraeus et al. (1996)), mit der Ausnahme, dass der Blot mit einem polyklonalen pRb-Antikörper sondiert wurde (C-15, Santa Cruz).HaCaT cells were grown on 30 mm culture plates at 25% confluence in DMEM with 10% FCS inoculated. The FCS was withdrawn after 24 hours, and the cells were starved for 72 hours. At the end of this period was the medium with 10% FCS and carrier-bound Peptides supplemented. Samples were over taken a period of 24 hours, and the cells were in RIPA buffer (50 mM Tris-HCl, pH 8.0, containing 150 mM NaCl, 1.0% by volume NP-40, 0.5% (W / v) DOC, 0.1% (w / v) SDS, 1mM PMSF, 0.1mg / ml aprotinin and 0.5 mg / ml leupeptin) for 30 minutes at 4 ° C. The phosphorylation stages of pRb were, as previously described, by Western blot analysis determined (Fahraeus et al. (1996)), with the exception that the blot with a polyclonal pRb antibody was probed (C-15, Santa Cruz).
Resultateresults
Peptidbindungstest für Cyclin-D1 und Cdk4Peptide binding assay for cyclin D1 and Cdk4
Unter
Verwendung einer Reihe von synthetischen Peptiden, welche die gesamte
Sequenz von p21WAF1 (
Der Peptidbindungstest umfasste eine Quantifizierung der Menge an 35S-markiertem Cyclin-D1 oder Cdk4, das spezifisch an biotinylierte Peptide band, die auf streptavidinbeschichteten Agaroseperlen gefangen wurden. Die peptidbeschichteten Perlen wurden zu Extrakten hinzugefügt, die entweder 35S-markiertes Cyclin-D1 oder Cdk4 enthielten, das in vitro translatiert wurde, die Perlen wurden ausgiebig gewaschen, um ungebundene Proteine zu entfernen, und das gebundene Cyclin-D1 oder Cdk4 wurde mittels SDS-PAGE, gefolgt von Autoradiographie und Bio-Bildgebung quantifiziert. Dies wird unten stehend als Peptidfällungstest bezeichnet und wurde zuvor bereits verwendet, um evolutionäre Konservierung von p21WAF1-Bindung an PCNA zu demonstrieren (Ball & Lane (1996)).The peptide binding assay involved quantifying the amount of 35 S-labeled cyclin D1 or Cdk4 that bound specifically to biotinylated peptides trapped on streptavidin-coated agarose beads. The peptide-coated beads were added to extracts containing either 35 S-labeled cyclin D1 or Cdk4 which was translated in vitro, the beads were washed extensively to remove unbound proteins, and the bound cyclin D1 or Cdk4 was analyzed by SDS -PAGE, quantified by autoradiography and bioimaging. This is referred to below as the peptide precipitation test and has previously been used to demonstrate evolutionary conservation of p21 WAF1 binding to PCNA (Ball & Lane (1996)).
Ein kleines Peptid, das von den Aminosäuren 46-65 in der N-terminalen Domäne von p21WAF1 abstammt, bindet direkt an Cdk4A small peptide derived from amino acids 46-65 in the N-terminal domain of p21 WAF1 binds directly to Cdk4
Unter
Verwendung des Peptidfällungstests band
Peptid 4 (von der N-terminalen Domäne von p21WAF1)
spezifisch an Cdk4, jedoch nicht an Cyclin-D1 (
Ein kleines Peptid, das von den Aminosäuren 16-35 im N-Terminus von p21WAF1 abstammt, bindet direkt an Cyclin-D1A small peptide derived from amino acids 16-35 in the N-terminus of p21 WAF1 binds directly to cyclin D1
Die
Erfinder konnten auch eine zweite und unterschiedliche N-terminale
Wechselwirkungsstelle auf dem p21WAF1-Protein
definieren; in diesem Fall eine Region von p21WAF1,
die fähig
ist, an Cyclin-D1 zu binden, jedoch nicht an Cdk4 (
Ein neuartiges Cyclin-D1-Cdk4-Bindungsmotiv befindet sich am C-Terminus des p21WAF1-ProteinsA novel cyclin D1-Cdk4 binding motif is located at the C-terminus of the p21 WAF1 protein
Die
Spezifität
des Peptidfällungstests
beim Definieren der Domäne
des p21WAF1-Proteins, die erforderlich ist, um entweder
Cyclin-D1 oder Cdk4 zu binden (
Diese
Ergebnisse deuten darauf hin, das p21WAF1-Protein
könnte
sowohl mit PCNA als auch mit Cyclin-CDK-Komplexen durch dasselbe
Bindungsmotiv Wechselwirken. Peptid 11 jedoch bindet sowohl an Cdk4
als auch an Cyclin-D1, jedoch nicht an PCNA (
In Anbetracht der Tatsache, dass die Erfinder drei verschiedene Motive des p21WAF1-Proteins identifiziert hatten, die spezifisch an Cyclin-D1 und/oder Cdk4 binden, untersuchten die Erfinder nun, ob sie das p21WAF1-Protein durch Inhibierung der Kinaseaktivität nachahmten.Considering that the inventors identified three distinct motifs of the p21 WAF1 protein that specifically bind to cyclin D1 and / or Cdk4, the inventors now investigated whether they mimicked the p21 WAF1 protein by inhibiting kinase activity.
Das Cyclin-D1-Bindungspeptid von der N-terminalen Domäne von p21WAF1 und das Cyclin/CDK-Bindungspeptid vom C-Terminus von p21WAF1 inhibiert die Aktivität von Cdk4The cyclin D1 binding peptide from the N-terminal domain of p21 WAF1 and the cyclin / CDK binding peptide from the C-terminus of p21 WAF1 inhibit the activity of Cdk4
Um
zu bestimmen, ob eines der p21WAF1-Peptide
Cdk4-hemmende Aktivität
besitzt, testeten die Erfinder, voneinander unabhängig, ihre Fähigkeit,
pRb-Phosphorylierung während
Cyclin-D1-Cdk4-Tests in vitro zu verhindern (
Diese
Korrelation hält
jedoch nicht an im Fall des Kinase-Bindungspeptids 4. Dieses Peptid
kartiert an die CDK-Wechselwirkungsstelle (
Es ist daher möglich, dass Peptid 4 die p21-Bindung blockieren und dessen Aktivität als Inhibitor verhindern könnte. Von Zellen, die mit Peptid 4 behandelt wurden, kann daher erwartet werden, sie würden sogar in Gegenwart von konkurrierenden Signalen, die normalerweise Zellzyklusstillstand oder Apoptose vermitteln, proliferieren. Peptid 4 kann daher verwendet werden, um Zellen durch Zufuhr des Peptids an die Zellen reversibel zu immortalisieren. Das stellt ein weiteres Werkzeug zum Erforschen zellulärer Mechanismen zur Kontrolle des Zellzyklus bereit und kann ebenso nützlich sein, um Zellverlust in Erkrankungen zu bekämpfen, die mit dem Verlust von Zellen assoziiert werden, wie z. B. AIDS oder degenerative Erkrankungen, unter anderem MS, Demenz oder degenerative Muskelerkrankungen, wie z. B. Muskelschwund (MD), einschließlich Duchenne MD.It is therefore possible that peptide 4 block p21 binding and its activity as an inhibitor could prevent. Therefore, cells treated with peptide 4 may be expected they would even in the presence of competing signals, normally Communicating cell cycle arrest or apoptosis, proliferating. peptide 4 can therefore be used to access cells by adding the peptide to reversibly immortalize to the cells. That represents another Tool for exploring cellular Mechanisms to control the cell cycle are ready and able as well useful be to fight cell loss in diseases associated with the loss be associated by cells, such as. AIDS or degenerative diseases, including MS, dementia or degenerative muscle diseases, such as z. Muscle wasting (MD), including Duchenne MD.
Das C-terminale p21WAF1-Peptid ist ein stärkerer Inhibitor der Cdk4-Kinase-Aktivität als das N-terminale Cyclin-D1-BindungspeptidThe C-terminal p21 WAF1 peptide is a stronger inhibitor of Cdk4 kinase activity than the N-terminal cyclin D1 binding peptide
Die
Erfinder führten
detailliertere Studien durch, um den I0,5 für die Peptide
2, 8 und 10 zu bestimmen, wobei Peptid 4 als negative Kontrolle
verwendet wurde (
p21WAF1-Protein und inhibitorische Peptide konkurrieren um die gleiche Bindungsstelle auf Cdk4-Kinasep21 WAF1 protein and inhibitory peptides compete for the same binding site on Cdk4 kinase
Um zu bestimmen, ob die Cdk4-inhibitorischen Peptide, 2 und 10, an Stellen auf Cdk4 und Cyclin-D1 agierten, die auch von p21WAF1 verwendet wurden, führten die Erfinder Peptidfällungstests in Gegenwart und Abwesenheit von gereinigtem Volllängen-his-p21WAF1 durch, um herauszufinden, ob es mit den Peptiden um die Bindung konkurrierte.To determine whether the Cdk4 inhibitory peptides, 2 and 10, acted on sites on Cdk4 and cyclin D1 also used by p21 WAF1 , the inventors performed peptide precipitation assays in the presence and absence of purified full length his-p21 WAF1 to find out if it competed with the peptides for binding.
Die Fähigkeit von p21WAF1, die Peptid-2- (A) und Peptid-10-Bindung (B & C) an Cdk4 und/oder Cyclin-D1 zu stören, wurde durch Durchführung des Peptidfällungstests aus Retikulozyt-Lysaten in Gegenwart von 0, 0,5, 2 μg p21WAF1 bestimmt.The ability of p21 WAF1 to disrupt peptide 2 (A) and peptide 10 binding (B & C) to Cdk4 and / or cyclin D1 was determined by performing the peptide precipitation assay from reticulocyte lysates in the presence of 0, 0.5, 2 μg p21 WAF1 determined.
Die Daten deuten darauf hin, dass eine Bindung des p21WAF1-Proteins an Cyclin-D1 und Cdk4 eine Bindung von sowohl Peptid 2 als auch Peptid 10 verhindert. Diese Daten lassen zwei Interpretationen zu, (i) die Peptide könnten um eine Bindung an der gleichen Stelle wie p21WAF1 konkurrieren, oder (ii) eine Bindung von entweder p21WAF1 oder Peptid könnte eine Konformationsveränderung im Cyclin oder CDK hervorrufen und weitere Bindungen verhindern. Aus diesen Experimenten geht nicht klar hervor, ob die Peptide 2 und 10 an der/den gleichen Stelle(n) agieren. Der Unterschied in den Peptidfällungsdaten zeigt, dass zumindest eine der Stellen einzigartig ist, da Peptid 10 sowohl Cdk4 als auch Cyclin-D1 fällen kann, wohingegen Peptid 2 lediglich Cyclin-D1 fällen kann.The data suggest that binding of the p21 WAF1 protein to cyclin D1 and Cdk4 prevents binding of both peptide 2 and peptide 10. These data allow for two interpretations, (i) the peptides could compete for binding at the same site as p21 WAF1 , or (ii) binding of either p21 WAF1 or peptide could cause a conformational change in the cyclin or CDK and prevent further binding. From these experiments, it is not clear whether peptides 2 and 10 act at the same site (s). The difference in peptide precipitation data indicates that at least one of the sites is unique, since peptide 10 can precipitate both Cdk4 and cyclin D1, whereas peptide 2 can precipitate only cyclin D1.
Daten zur Unterstützung der Hyptothese, dass Peptid 10 und p21WAF1-Protein während der Kinase-Inhibierung um dieselbe Bindungsstelle konkurrieren, basieren auf der Verwendung eines Peptid-10-Mutanten (der eine Punktmutation enthält, was zu einer Änderung von R-A am Rest 15 des Peptids 10 führt, was mit Rest 155 des Volllängenproteins äquivalent ist), der > 60% seiner inhibitorischen Aktivität (siehe unten) verliert, jedoch seine Bindungsfunktion beibehält.Data to support the hypothesis that peptide 10 and p21 WAF1 protein compete for the same binding site during kinase inhibition are based on the use of a peptide-10 mutant (containing a point mutation resulting in a change of RA in the remainder of the 15 Peptide 10, which is equivalent to residue 155 of the full length protein), which loses> 60% of its inhibitory activity (see below) but retains its binding function.
Um zu bestimmen, ob die Inhibierung von Cdk4 durch p21WAF1 durch Hinzufügen eines Peptid-10-Mutanten, den R-zu-A-Mutanten (Rest 15 von Peptid 10), der kein effizienter Inhibitor mehr war, jedoch immer noch partielle Bindungsaktivität aufwies, verringert werden kann, wurden ansteigende Peptidkonzentrationen (1, 5, 17 & 34 μM) in Gegenwart einer feststehenden Konzentration von p21WAF1 (50 μM) zu dem Cyclin-D1-Cdk4-GST-Rb-Phosphorylierungstest hinzugefügt.To determine whether inhibition of Cdk4 by p21 WAF1 still had partial binding activity by addition of a peptide-10 mutant, the R-to-A mutant (residue 15 of peptide 10), which was no longer an efficient inhibitor , can be decreased, increasing peptide concentrations (1, 5, 17 & 34 μM) in the presence of a fixed concentration of p21 WAF1 (50 μM) were added to the cyclin D1-Cdk4 GST-Rb phosphorylation assay.
Das Experiment zeigte, dass ansteigende Konzentrationen von Mutanten-Peptid-10 fähig waren, die inhibitorische Aktivität von Volllängen-p21WAF1 zu blockieren, was darauf hindeutet, dass Peptid 10 an (einer) Stelle(n) bindet, welche die darauf folgende Bindung von p21WAF1 blockiert/blockieren und daher durch einen Mechanismus funkioniert, der jenem des Volllängenproteins ähnelt.The experiment showed that increasing concentrations of mutant peptide-10 were able to block the inhibitory activity of full-length p21 WAF1 , suggesting that peptide 10 binds to the site (s), which inhibits the subsequent binding of p21 WAF1 blocks and therefore functions by a mechanism similar to that of the full length protein.
Die inhibitorischen Peptide sind nicht Cyclin-D1-Cdk4-SubstrateThe inhibitory peptides are not Cyclin D1-Cdk4 substrates
Im
Gegensatz zum p107-Peptid, das die Fähigkeit von Cdk4, pRb zu phosphorylieren,
durch Agieren als ein Alternativsubstrat zu inhibieren scheint (Zhu
et al. (1995)), wurde von p21WAF1 nicht berichtet,
es würde
als Substrat für
die Cyclin-D1-Cdk4-Komplexe
agieren (und die Erfinder bestätigen
diese Beobachtungen,
Die Peptide sind keine effizienten Inhibitoren der Cyclin-B-Cdc2-Kinase-AktivitätThe peptides are not efficient inhibitors cyclin B-Cdc2 kinase activity
Harper et al. (1995) zeigten, dass p21WAF1 kein universeller CDK-Inhibitor ist, sondern dass er eine Selektivität für die G1- und S-Phase-Cyclin-CDK-Komplexe aufweist. Als sie die Fähigkeit von p21WAF1 verglichen, Cyclin-B-Cdc2, das am G2/M-Übergang wirkt, und Cyclin-D2-Cdk4, das während G1 wirkt, zu inhibieren, fanden sie heraus, dass der I0,5 zur Inhibierung von Cyclin-B-Cdc2 > 600fach höher war als der I0,5 zur Inhibierung von Cyclin-D2-Cdk4, das gereinigte rekombinante Proteine verwendete. Die Erfinder sahen sich die Wirkung des Hinzufügens ihrer zwei Cyclin-D1-Cdk4-Inhibitorpeptide zu Cyclin-B-Cdc2- und Cdk2-Cyclin-E-Tests in Konzentrationen von bis zu 20 μM an und fanden heraus, dass weder Peptid 2 noch Peptid 10 eine signifikante Wirkung auf die Cdc2-Cyclin-B-Histon-H1-Kinase-Aktivität hatten. Cdk2-Cyclin-E wurde jedoch durch Peptid 10 inhibiert, was zeigt, dass Peptid 10 andere G1-Cyclin-Cdk-Komplexe inhibieren kann. Daher scheinen die p21WAF1-basierten Peptidinhibitoren eine Spezifität zu haben, die mit der des Volllängenproteins äquivalent ist.Harper et al. (1995) showed that p21 WAF1 is not a universal CDK inhibitor, but that it has selectivity for the G1 and S phase cyclin CDK complexes. When they compared the ability of p21 WAF1 to inhibit cyclin B-Cdc2 acting at the G2 / M junction and cyclin D2-Cdk4 acting during G1, they found that the I was 0.5 for Inhibition of cyclin B-Cdc2> 600 fold higher than I 0.5 for inhibition of cyclin D2-Cdk4 using purified recombinant proteins. The inventors considered the effect of adding their two cyclin D1 Cdk4 inhibitor peptides to cyclin B-Cdc2 and Cdk2 cyclin E assays at concentrations of up to 20 μM and found that neither peptide 2 nor peptide 10 had a significant effect on Cdc2-cyclin B histone H1 kinase activity. Cdk2-cyclin E was however inhibited by peptide 10, indicating that peptide can inhibit 10 other G 1 cyclin-Cdk complexes. Therefore, the p21 WAF1- based peptide inhibitors appear to have a specificity equivalent to that of the full-length protein.
Um zu bestimmen, ob die Peptide 2 und 10 Cyclin-B-Cdc2 und Cyclin-E-Cdk2 inhibieren konnten, wurden Kinaseaktivitätstests unter Verwendung von Sf9-Zelllysaten durchgeführt, die menschliches Cyclin-B und Cdc2 co-exprimierten. Die Bedingungen waren identisch mit jenen, die in den experimentellen Verfahren für Cyclin-D1-Cdk4 beschrieben werden, mit der Ausnahme, dass Histon-H1 (0,5 μg/Test) als Substrat für Cyclin-B-Cdc2 verwendet wurde. Cyclin-D1-Cdk4, Cyclin-B-Cdc2 und Cyclin-E-Cdk2 wurden in Gegenwart zunehmender Konzentrationen von Peptid 2 (0,25, 3, 10 und 40 μM) und Peptid 10 (0,1, 0,5, 5, 20 μM) getestet.Around to determine if peptides 2 and 10 are cyclin B-Cdc2 and cyclin E-Cdk2 kinase activity assays were performed using Sf9 cell lysates carried out, that co-expressed human cyclin B and Cdc2. The conditions were identical to those used in the experimental procedures for cyclin D1-Cdk4 with the exception that histone H1 (0.5 μg / test) as Substrate for Cyclin B-Cdc2 was used. Cyclin D1-Cdk4, cyclin B-Cdc2 and cyclin E-Cdk2 were in the presence of increasing concentrations of peptide 2 (0.25, 3, 10 and 40 μM) and Peptide 10 (0.1, 0.5, 5, 20 μM) tested.
Das Kinase-Inhibierungsmotiv von Peptid 10 unterscheidet sich von der PCNA-BindungsstelleThe kinase inhibition motif of peptide 10 differs from the PCNA binding site
Die
Erfinder haben gezeigt, dass Peptid 10 ein besonders starker Inhibitor
der Cyclin-D1-Cdk4-Aktivität
ist, mit einem I0,5 von 0,1 mM, der 20fach
stärker
ist als Peptid 2, ein Peptid, das von der Region von p21WAF1 abstammt, die zuvor mit Wachstumsstillstand
assoziiert wurde (Chen et al. (1995); Nakanishi et al. (1995a)).
Die Erfinder haben ebenso gezeigt, dass ein Peptid (Peptid 4), das
die CDK-Wechselwirkungsstelle
von p21WAF1 umfasst (Goubin & Ducommun (1995);
Nakanishi et al. (1995a)), obwohl es fähig ist, an Cdk4 zu binden
und einen stabilen Komplex zu bilden, keine nachweisbare Aktivität als Cyclin-D1-Cdk4-Inhibitor
aufweist. Peptid 10 scheint daher der beste Kandidat für die Entwicklung
eines kleinen Peptidmimetikums mit hoher Wirksamkeit zu sein. Von
Peptid 10 wurde zuvor bereits nachgewiesen, dass es eine spezifische Hochaffinitäts- und
reversible Wechselwirkung mit PCNA bildet (Ball & Lane (1996)), und dieses Peptid reicht
aus, um die Funktion von PCNA während
der SV40-Replikation partiell zu inhibieren, was 50% Inhibierung
bei einer Konzentration von etwa 7 mM ergibt (Warbrick et al. (1995)).
Die PCNA-Wechselwirkungsdomäne
von p21WAF1 wurde kartiert, und es stellte
sich heraus, dass die wichtigen Reste Aminosäuren 144-151 waren (QTSMTDFY;
Warbrick et al. (1995); Ball & Lane
(1996)). Obwohl das extreme C-terminale
Peptid (Peptid 11) Aminosäurereste
aufweist, die für
die Bindung an und Inhibierung von Cdk4 wichtig sind (siehe
Mit
dem Alaninscan definierten die Erfinder die kritischen Reste zur
Inhibierung, indem sie zeigten, dass ein Abschnitt von lediglich
5 Aminosäuren für die Aktivität essentiell
war, mit einer einzigen konservativen Punktmutation an einem von
zwei hydrophoben Resten, was die hemmende Aktivität von Peptid
10 vollständig
eliminierte (
Während des
Testens im Peptidfällungstest behielt
die Mutation des ersten R dieses Motivs zu A (aa 155 des Volllängen-p21WAF1) teilweise ihre Fähigkeit, sowohl Cdk4 als auch
Cyclin-D1 zu binden, bei, während
Mutationen von L oder F zu A die Affinität zu Cdk4 und Cyclin-D1 signifikant
verringerten, und Mutationen des zweiten R oder des I zeigten keine
Wirkung auf die Bindung (Daten nicht dargestellt). Darum wurde der
R-A-Mutant in Konkurrenztests verwendet. Die Tatsache, dass eine
einzige Punktmutation an einem der beiden hydrophoben Reste (dem
L- oder F-Rest)
die inhibitorische Aktivität
vollständig eliminiert,
deutete darauf hin, dass die Inhibierung auf eine spezifische Wechselwirkung
an hydrophoben Schlüsselresten
zurückzuführen war.
Die Kartierungsdaten erklären
ebenso, warum sowohl Peptid 10 als auch Peptid 11 gute Inhibitoren
der Cyclin-D1-Cdk4-Aktivität
(
Eine einzige Aminosäure-Substitution im Peptid 10 macht es zu einem stärkeren Inhibitor und nähert es somit der spezifischen Aktivität eines Volllängen-p21WAF1-Proteins anA single amino acid substitution in peptide 10 makes it a stronger inhibitor, thus approximating the specific activity of a full-length p21 WAF1 protein
Während der
Durchführung
der Alaninscan-Experimente bemerkten die Erfinder, dass eines der
Mutantenpeptide (D-A an Position 9 von Peptid 10 oder 149 des Volllängenproteins;
Die Resultate deuten darauf hin, dass Peptid 10 als Modell verwendet werden könnte, um kleine Peptidmimetika von p21WAF1 darauf zu basieren, und die Erfinder haben Beweise vorgelegt, dass Veränderungen in der Peptidstruktur oder Präsentation der aktiven Reste zu der Entstehung eines Peptidinhibitors führen können, welcher der Stärke von Volllängen-p21WAF1 als Cyclin-D-Cdk4-Inhibitor ähnelt.The results indicate that peptide 10 could be used as a model to base small peptide mimetics of p21 WAF1 on it, and the inventors have provided evidence that changes in the peptide structure or presentation of the active residues can lead to the formation of a peptide inhibitor, which resembles the full-length p21 WAF1's strength as a cyclin D-Cdk4 inhibitor.
Resultate für das C-terminale Peptid (Peptid 10)Results for the C-terminal peptide (peptide 10)
Ein Acht-Aminosäurepeptid ist ausreichend, um die Cyclin-D-Cdk4-Aktivität zu inhibierenAn eight amino acid peptide is sufficient to the cyclin D-Cdk4 activity to inhibit
Nachdem
Reste identifiziert worden waren, die für die Inhibierung von Cyclin-D1-Cdk4 durch Peptid
10 entscheidend erschienen, bestimmten die Erfinder, ob diese Reste
für die
Inhibierung ausreichten oder ob sie im Kontext eines größeren Peptids. präsentiert
werden mussten. Überraschenderweise behielt
das Acht-Aminosäurepeptid,
KRRLIFSK, die Fähigkeit
bei, die Cyclin-D1-Cdk4-Aktivität
vollständig
zu inhibieren und die Phosphorylierung von pRb zu verhindern (
Peptid 10 arbeitet in ZellsystemenPeptide 10 works in cell systems
Die
Einführung
von p21WAF1-cDNA in menschliche Gehirn-,
Lungen- und Kolonkrebszelllinien führt zu einer Suppression des
Zellwachstums (El-Deiry et al. (1993)). Zusätzlich steigen während eines
strahlungsinduzierten G1-Stillstands in menschlichen
Fibroblasten die p21WAF1-Proteinmengen auf
eine p53-abhängige
Art und Weise, was zu einer starken Inhibierung der G1-Cyclin-CDKs
sowie zum Scheitern der Zellen, in die S-Phase einzutreten, führt (Dulic
et al. (1994); Harper et al. (1995)). Damit das Peptid 10 als eine
realistische Matrize für
das Design neuer antiproliferativer Arzneimittel fungieren kann,
muss es fähig
sein, die CKI-Aktivität
von p21WAF1 als Wachstumssuppressor in einem
zellulären
Hintergrund nachzuahmen. Die Erfinder haben – wie andere auch – kürzlich gezeigt,
dass eine 16-Aminosäuresequenz
aus der Homodomäne
des Antennapedia-Proteins als Träger
für Peptide
mit biologischer Aktivität
agieren kann, wobei es diese über
die Plasmamembran transloziert und es ihnen ermöglicht, mit ihren Targetmolekülen wechselzuwirken
(Fahraeus et al (1996); Hall et al. (1996)). Um zu bestimmen, ob
Peptid 10 seine biologische Aktivität beibehalten hat, wenn es
in Gewebekulturzellen eingeführt
wurde, haben die Erfinder es direkt auf das Trägerpeptid synthetisiert und
es zu einer Kultur proliferierender asynchroner menschlicher HaCaT-Zellen,
die von Kerotinozyten abstammen, hinzugefügt. Das gebundene Peptid (genannt
Peptid-I;
Peptid-I wurde zu dem Kulturmedium in einer Konzentration von 25 μM hinzugefügt, die Zellen wurden 24 Stunden später fixiert und dann durch fluoreszenzaktivierte Zellsortierung (FACS) analysiert. G1-, S- und G2-Phasenverteilung von unbehandelten und Peptid-I-behandelten Zellen wurde unter Verwendung von Bromdesoxyuracil (BrdU) getestet. Die Anzahl der Zellen, die in Gegenwart von Peptid-I in die S-Phase eintraten, wurde dramatisch reduziert, und die G1-Population zeigte einen gleichzeitigen Anstieg. Das deutet darauf hin, dass Peptid-I die Fähigkeit von Volllängen-p21WAF1, durch Induktion eines G1-Zellzyklus-Stillstands als Wachstumssuppressor zu agieren, nachahmt.Peptide-I was added to the culture medium at a concentration of 25 μM, the cells were fixed 24 hours later and then analyzed by fluorescence-activated cell sorting (FACS). G 1 , S and G 2 phase distribution of untreated and peptide I-treated cells was tested using bromodeoxyuracil (BrdU). The number of cells entering the S phase in the presence of peptide I was dramatically reduced and the G 1 population showed a concomitant increase. This suggests that peptide- 1 mimics the ability of full-length p21 WAF1 to act as a growth suppressor by inducing G1 cell cycle arrest.
Um sicherzustellen, ob Peptid-I durch Prävention der Phosphorylierung von pRb auf eine Art, die mit der von p21WAF1 analog ist, als Wachstumsinhibitor fungierte, verwendeten die Erfinder Serum-Aushungern, um eine synchrone Population von HaCaT-Zellen zu produzieren. Peptid-I wurde zur gleichen Zeit, als diese aus dem Serum-Aushungern freigesetzt wurden, zu den Zellen hinzugefügt, und Proben von behandelten und unbehandelten Zellen wurden über einen Zeitraum von 24 Stunden genommen. Der Phosphorylierungsstatus von pRb wurde durch einen Gel-Retentionstest beobachtet. Als Serum zu den ausgehungerten Zellen hinzugefügt wurde, wurde pRb zwischen 12 und 15 Stunden hyperphosphoryliert, in Gegenwart von Peptid-I blieb pRb jedoch hypophosphoryliert. Daher führt Peptid-I in menschlichen HaCaT-Zellen durch Verhindern der Phosphorylierung von pRb zu einem G1-Stillstand.To ascertain whether Peptide-I acted as a growth inhibitor by preventing the phosphorylation of pRb in a manner analogous to that of p21 WAF1 , the inventors used serum starvation to produce a synchronous population of HaCaT cells. Peptide-I was added to the cells at the same time as they were released from serum starvation, and samples from treated and untreated cells were taken over a period of 24 hours. The phosphorylation status of pRb was monitored by a gel retention test. When serum was added to the starved cells, pRb was hyperphosphorylated for between 12 and 15 hours, but in the presence of peptide I, pRb remained hypophosphorylated. Therefore, Peptide-I leads to a G 1 arrest in human HaCaT cells by preventing the phosphorylation of pRb.
Die
Erfinder verwendeten einen identischen experimentellen Ansatz, um
(i) das bioaktive trunkierte Peptid 10 und (ii) ein Kontrollpeptid
10, dem zur CDK-Inhibierung essentielle Reste fehlten, in HaCaT-Zellen
einzuführen.
Die Erfinder fanden heraus, dass Peptid-II wirksam einen G1-Phasenstillstand förderte und die Phosphorylierung
von pRb vollständig verhinderte,
wenn es in 50 μM
hinzugefügt
wurde (
Peptid 10 wurde zu Rb-negativen Zellen hinzugefügt, und die Resultate unterstützen dessen Nachahmung des Volllängenproteins, d. h. es kann dessen biologische Aktivität als Zellzyklusinhibitor nachahmen. Von Peptid 10 wurde herausgefunden, dass es Zellzyklusarrest in pRb-negativen sowie in pRb-positiven Zellen hervorruft.peptide 10 was added to Rb-negative cells and the results support its imitation the full-length protein, d. H. it can mimic its biological activity as a cell cycle inhibitor. Peptide 10 was found to be cell cycle arrest in pRb-negative and in pRb-positive cells causes.
Unter Verwendung von Soas2-Zellen führt die Einführung von Peptid 1 (Peptid 10 gebunden an Penetratin und mutiert, um PCNA-Bindung zu verhindern) zu einer Zunahme der Population der Zellen in der G1-Phase.Using Soas2 cells, the introduction of peptide 1 (peptide 10 bound to penetratin and mutated to prevent PCNA binding) results in an increase in the population of cells in the G 1 phase.
Diskussiondiscussion
Synthetische Peptide oder Peptidmimetika erweisen sich beim Studium der biochemischen Regulierung von Enzymen und Proteinen als nützlich, ebenso stellen sie Modelle zum Design neuer antiproliferativer Mittel bereit, die auf die amplifizierten enzymatischen Stoffwechselwege abzielen oder auf Proteine, die in menschlichen Tumoren aktiviert sind (Powis (1992); Gibbs & Oliff (1994)). Peptide, von denen ebenfalls gezeigt wurde, dass sie wirksam auf Komponenten des Zellzyklusmechanismus abzielen, umfassen: FTI, die Farnesyl-Protein-Transferase inhibieren und so die Aktivierung von Ras verhindern (Gibbs et al. (1994)); Ras-Effektor-Domänenpeptide, die dessen biologische Funktion inhibieren können (Moodie & Wolfman (1994); Rodriguez-Viciana et al. (1994)); Polypeptide, die SH2/SH3-Domänen in sich tragen, die theoretisch das Wachstum von Tumoren mit aktivierten Tyrosin-Kinasen inhibieren sollten (Pawson & Schlessinger (1993); Yu et al. (1994)), und von p16INK4 abstammende Peptide, welche die Cyclin-D-CDK-Komplexaktivität inhibieren und dadurch den pRb-abhängigen Zellzyklusstillstand aktivieren (Fahraeus et al. (1996)).Synthetic peptides or peptide mimetics have proven useful in studying the biochemical regulation of enzymes and proteins. they also provide models for designing novel antiproliferative agents that target the amplified enzymatic pathways or proteins that are activated in human tumors (Powis (1992), Gibbs & Oliff (1994)). Peptides which have also been shown to be efficacious for components of the cell cycle mechanism include: FTIs that inhibit farnesyl protein transferase to prevent activation of Ras (Gibbs et al., 1994); Ras effector domain peptides that can inhibit its biological function (Moodie & Wolfman (1994); Rodriguez-Viciana et al. (1994)); Polypeptides carrying SH2 / SH3 domains which should theoretically inhibit the growth of tumors with activated tyrosine kinases (Pawson & Schlessinger (1993), Yu et al., (1994)) and p16INK4-derived peptides containing the Inhibit cyclin D-CDK complex activity and thereby activate pRb-dependent cell cycle arrest (Fahraeus et al., (1996)).
Die Inaktivierung des Tumorsuppressionsproteins p53 ist ein häufiges Ereignis bei der Entwicklung menschlicher Neoplasie (Hollstein et al. (1991)). Das p53-Protein ist ein Schlüsselakteur in einem induzierbaren Zellzyklus-Checkpoint-Stoffwechselweg, der als Antwort auf DNA-Schäden und Nucleotidpoolstörungen aktiviert wird (Lane (1992); Agarwal et al. (1995)). Die Reaktivierung dieses Stoffwechselwegs könnte daher einen Weg zur Entdeckung neuer antiproliferativer Arzneimittel bereitstellen. Eine Reihe an Mechanismen kann zur funktionalen Inaktivierung des p53-Stoffwechselwegs führen, unter anderem die Inaktivierung von stromab gelegenen Effektormolekülen von p53, wie z. B. des Cyclin-Kinase-Inhibitors p21WAF1 (Deng et al. (1995); Waldman et al. (1995)). Jüngste Entwicklungen haben gezeigt, dass eine Reaktivierung des p53-Stoffwechselwegs in einigen menschlichen Tumoren durch eine Aktivierung der biochemischen Funktion des endogenen mutierten p53-Proteins möglich sein kann (Halazonetis & Kandil (1993); Hupp et al. (1993)), möglicherweise unter Verwendung kleiner Peptide als Leitverbindungen zum Arzneimitteldesign (Hupp et al. (1995)) oder durch Wiedereinführung des Wildtyp-p53-Gens mittels Adenovirusvektoren (Eastham et al. (1995)). Im Allgemeinen ist jedoch die pharmakologische Wiederherstellung der biochemischen Funktion eines Proteins, das seine normale Aktivität durch Mutation seiner Aminosäuresequenz verloren hat, schwieriger als die Inhibierung einer biochemischen Funktion (Gibbs & Oliff (1994)). Daher kann es sich als produktiver erweisen, alternative Ansätze zur Wiederherstellung der Aktivität des p53-Stoffwechselwegs zu wählen, wie z. B. das Nachahmen der inhibitorischen Aktivität des stromab gelegenen Effektormoleküls p21WAF1, das einen Wachstumsstillstand alleine primär durch seine Wechselwirkung mit den G1-Cyclin-CDKs vermitteln kann (El-Deiry et al. (1993); Eastham et al. (1995); Harper et al. (1995)).The Inactivation of the tumor suppressor protein p53 is a common event in the development of human neoplasia (Hollstein et al., 1991). The p53 protein is a key player in an inducible cell cycle checkpoint pathway, the in response to DNA damage and nucleotide pool disorders activated (Lane (1992); Agarwal et al. (1995)). The reactivation this metabolic pathway could therefore a way to discover new antiproliferative drugs provide. A number of mechanisms may be used for functional inactivation of the p53 pathway to lead, including the inactivation of downstream effector molecules of p53, such as The cyclin kinase inhibitor p21WAF1 (Deng et al. (1995); Waldman et al. (1995)). Recent developments have shown that reactivation of the p53 pathway in some human Tumors by activating the biochemical function of the endogenous mutant p53 protein possible may be (Halazonetis & Kandil (1993); Hupp et al. (1993)), possibly under Use of small peptides as lead compounds for drug design (Hupp et al., 1995)) or by reintroduction of the wild-type p53 gene by adenovirus vectors (Eastham et al., 1995). In general However, the pharmacological restoration of biochemical Function of a protein that passes through its normal activity Mutation of its amino acid sequence lost, more difficult than the inhibition of a biochemical Function (Gibbs & Oliff (1994)). Therefore, it can prove to be more productive, alternative approaches to restore the activity of the p53 pathway to choose, such as B. mimicking the inhibitory activity of the downstream effector molecule p21WAF1, the one growth arrest alone primarily by its interaction with the G1-cyclin CDKs (El-Deiry et al. (1993); Eastham et al. (1995); Harper et al. (1995)).
Die Bestimmung der minimalen Domäne von p21WAF1, welche die CDK-Funktion inhibieren kann, und das Herausfinden, ob eine solche Domäne in Isolation mit hoher Wirksamkeit funktionieren kann, sind zwei wichtige Ziele, die erreicht werden müssen, um zu bestimmen, ob p21WAF1 sich als realistische Matrize zur Verwendung in der antiproliferativen Arzneimitteldesignforschung erweist. Vor den Studien der Erfinder war die minimale Sequenz von p21WAF1, die in vitro die CDK-Funktion inhibiert hatte, die N-terminale Domäne (Reste 1-75) (Luo et al. (1995)). Während von Peptiden, die von dieser N-terminalen Domäne abstammten, erst kürzlich gezeigt wurde, dass sie die Fähigkeit von p21WAF1, die Cyclin-E-Cdk2-Komplexaktivität zu inhibieren, antagonisierten, was darauf hindeutet, dass diese Domäne mit der Kinase wechselwirkt (Chen et al. (1996)), wurden bis jetzt keine Daten über die direkte Wechselwirkung kleiner Peptide mit entweder Cyclin oder CDK vorgelegt. Zusätzlich gab es keine Beweise, die darauf hindeuteten, ein kleines, von p21WAF1 abstammendes Peptid wäre tatsächlich als ein CDK-Inhibitor biologisch aktiv. Da die Cyclin-D1-Cdk4-Komplexe und die verwandten Isoformen essentiell für das Durchlaufen der G1-Phase sind, haben die Erfinder eine Reihe kleiner synthetischer Peptide verwendet, die auf der Sequenz von p21WAF1 basieren, um (i) zu bestimmen, ob es Cdk4-inhibitorische Peptidmimetika gibt und ob diese von großer Wirksamkeit sind, und (ii) den Mechanismus zu sondieren, mit dem das p21WAF1-Protein die Cyclin-D1-Cdk4-Aktivität inhibiert.The determination of the minimal domain of p21 WAF1 , which can inhibit CDK function, and finding out if such a domain can function in high efficiency isolation are two important goals to be achieved in order to determine whether p21 WAF1 is a realistic template for use in antiproliferative drug design research. Prior to the inventors' studies, the minimal sequence of p21 WAF1 , which had inhibited CDK function in vitro, was the N-terminal domain (residues 1-75) (Luo et al., 1995). While peptides derived from this N-terminal domain were recently shown to antagonize the ability of p21 WAF1 to inhibit cyclin E-Cdk2 complex activity, suggesting that this domain interacts with the kinase (Chen et al., (1996)), no data has yet been presented on the direct interaction of small peptides with either cyclin or CDK. In addition, there was no evidence to suggest that a small peptide derived from p21 WAF1 would actually be biologically active as a CDK inhibitor. Since the cyclin D1-Cdk4 complexes and the related isoforms are essential for the passage of the G1 phase, the inventors have used a series of small synthetic peptides based on the sequence of p21 WAF1 to (i) determine whether there are Cdk4 inhibitory peptide mimetics and whether these are of great effectiveness, and (ii) to probe the mechanism by which the p21 WAF1 protein inhibits cyclin D1-Cdk4 activity.
Ein Modell zur Inhibierung von Cyclin-D1-Cdk4 durch p21WAF1 A model for the inhibition of cyclin D1-Cdk4 by p21 WAF1
Zwei
verschiedene Peptide von der N-terminalen Domäne von p21WAF1 wechselwirkten
entweder mit Cdk4 oder mit Cyclin-D1, um stabile Komplexe zu bilden.
Ein Peptid band an Cdk4, inhibierte jedoch dessen Aktivität nicht,
während
das zweite spezifisch an Cyclin-D1 band und eine starke inhibitorische
Wirkung auf die Cyclin-D1-Cdk4-Aktivität hatte. Das Cdk4-Bindungspeptid
4 (Reste 46-65) korrespondierte mit einer mutmaßlichen Cdk2-Bindungsdomäne von p21WAF1, die zuvor unter Verwendung von p21WAF1-Deletionskonstrukten (Nakanishi et al. (1995a)
und Alaninmutationsanalyse definiert wurde (Goubin & Gucommun (1995)).
Die Erfinder haben festgestellt, dass diese Region von p21WAF1 tatsächlich
direkt in die CDK-Bindung involviert ist, jedoch keine Cdk4-inhibitorische
Aktivität
aufweist (
Das zweite N-terminale Peptid, das an Cyclin-D1 band, inhibierte die Cyclin-D1-Cdk4-Aktivität durch einen neuen Mechanismus stark (siehe unten). Der Mechanismus zur p21WAF1-Inhibierung der Cyclin-CDK-Komplexe ist erst wenig erforscht, da es nicht klar war, ob das p21WAF1-Protein durch Cyclin- und/oder Kinase-Untereinheiten-Bindung inhibiert. Cdk2 bindet in Abwesenheit von Cyclin sehr schwach an p21WAF1, die Affinität der G1-CDKs für p21WAF1 nahm stark zu, wenn das CDK mit einem Cyclin assoziiert wurde (Harper et al. (1995)), was darauf hindeutet, dass Cycline eine wichtige Rolle in der p21WAF1-Inhibierung der CDK-Aktivität spielen. Ob jedoch ein CKI, wie z. B. p21WAF1 und p27KIP1, direkt mit Cyclin Wechselwirken kann, ist umstritten (Toyoshima & Hunter (1994); Harper et al. (1995)). Eine kürzlich durchgeführte Studie deutete jedoch darauf hin, dass p21WAF1 mit einer Reihe an Cyclinen in Abwesenheit von CDK direkt Wechselwirken kann (Fotedar et al. (1996)). Die Erfinder zeigen hier, dass ein kleines Peptid, das aus den Resten 16-35 zusammengesetzt ist (Peptid 2), einen stabilen Komplex mit Cyclin-D1 bildet und dass dieses Peptid alleine ein starker Inhibitor der Cdk4-Aktivität ist, mit einem I0,5 von 2 mM. Dieses Peptid fällt in die Wachstumssuppressionsregion (Reste 17-71), die von Nakanishi et al. (1995a) beschrieben wurde. Das ist das erste Mal, dass eine mutmaßliche Cyclinbindungsstelle auf p21WAF1 identifiziert wurde und dass von einem kleinen synthetischen Peptid, das diese Domäne repräsentiert, gezeigt wurde, dass es ausreicht, das Volllängen-p21WAF1-Protein als CDK-Inhibitor nachzuahmen.The second N-terminal peptide that bound to cyclin D1 inhibited cyclin D1-Cdk4 activity strong by a new mechanism (see below). The mechanism for p21 WAF1 inhibition of cyclin-CDK complexes has been poorly understood since it was not clear whether the p21 WAF1 protein inhibited by cyclin and / or kinase subunit binding. Cdk2 binds very weakly to p21 WAF1 in the absence of cyclin, and the affinity of G1-CDKs for p21 WAF1 increased markedly when CDK was associated with a cyclin (Harper et al., 1995), suggesting that cycline may be a play important role in the p21 WAF1 inhibition of CDK activity. Whether, however, a CKI, such. For example, p21 WAF1 and p27KIP1 can interact directly with cyclin is controversial (Toyoshima & Hunter (1994); Harper et al. (1995)). However, a recent study suggested that p21 WAF1 may interact directly with a number of cyclins in the absence of CDK (Fotedar et al., (1996)). The inventors show here that a small peptide composed of residues 16-35 (peptide 2) forms a stable complex with cyclin D1 and that this peptide alone is a potent inhibitor of Cdk4 activity, with an I 0 , 5 of 2 mM. This peptide falls into the growth suppression region (residues 17-71) described by Nakanishi et al. (1995a). This is the first time that a putative cyclin binding site on p21 WAF1 has been identified and that a small synthetic peptide representing this domain has been shown to be sufficient to mimic the full length p21 WAF1 protein as a CDK inhibitor.
Die Tatsache, dass die Cyclin-D1-Cdk4-Aktivität allein durch Wechselwirkung mit der Cyclin-Untereinheit inhibiert werden kann, deutet darauf hin, dass entweder (i) Konformationsveränderungen in Cyclin-D1 zur Inhibierung der katalytischen Cdk4-Aktivität führen können, (ii) Peptid 2 die Wechselwirkung von Cyclin-D1 mit Cdk4 stört oder dass (iii) Peptid 2 die Wechselwirkung von Cyclin-D1-Cdk4 mit seinem Substrat pRb stört.The Fact that the cyclin D1-Cdk4 activity is due solely to interaction with the cyclin subunit can be inhibited, suggests suggest that either (i) conformational changes in cyclin D1 lead to Inhibition of catalytic Cdk4 activity may lead to (ii) peptide 2's interaction interferes with cyclin D1 with Cdk4 or that (iii) peptide 2 interacts with cyclin D1-Cdk4 interferes with its substrate pRb.
Die Aussichten in Bezug auf das Design niedermolekularer Mimetika von p21WAF1 sind lebensfähiger in Anbetracht der Tatsache, dass das Cyclin-D1-Bindungspeptid alleine die Kinasefunktion inhibieren kann, was darauf hindeutet, dass das vorherige Vorhandensein eines p21WAF1-Proteins, das an die Kinase-Untereinheit bindet, für die Inhibierung der Kinasefunktion nicht notwendig ist. Zusätzlich sind die Aminosäurereste, die zwischen p21WAF1 und seinem engen Verwandten p27KIP1 (Polyak et al. (1994); Toyoshima & Hunter (1994)) konserviert sind, in der N-terminalen Domäne zusammengedrängt, wobei die Regionen, die den Peptiden 2 (65% identisch) und Peptid 4 (50% identisch) entsprechen, die Mehrheit der konservierten Aminosäuren enthalten. Das deutet darauf hin, dass die Inhibierung der Cdk4-Aktivität durch Wechselwirkung mit der Cyclin-D-Untereinheit ein gemeinsamer Mechanismus sein kann, der sowohl von p21WAF1 als auch von p27KIP1 verwendet wird.The outlook for the design of small molecule mimetics of p21 WAF1 is more viable given that the cyclin D1 binding peptide alone can inhibit kinase function, suggesting that the prior presence of a p21 WAF1 protein binding to the kinase Subunit binds, for the inhibition of the kinase function is not necessary. In addition, the amino acid residues conserved between p21 WAF1 and its close relative p27KIP1 (Polyak et al., 1994; Toyoshima & Hunter, 1994) are clustered in the N-terminal domain, with the regions corresponding to peptides 2 (FIG. 65% identical) and peptide 4 (50% identical), containing the majority of the conserved amino acids. This suggests that inhibition of Cdk4 activity by interaction with the cyclin D subunit may be a common mechanism used by both p21 WAF1 and p27KIP1.
Eine neue C-terminale p21WAF1-Cyclin-D1-Cdk4-Inhibitions-DomäneA new C-terminal p21 WAF1- cyclin D1-Cdk4 inhibition domain
Während der Studien der Erfinder fanden sie ebenfalls heraus, dass ein Peptid (Peptid 10) aus der C-terminalen Domäne von p21WAF1 in vitro ein starker Inhibitor der Cyclin-D1-Cdk4-Aktivität war. Das inhibitorische Motiv wurde identifiziert und unterschied sich von der PCNA-Wechselwirkungsstelle, die sich ebenso in der C-terminalen Domäne von p21WAF1 befindet (Chen et al. (1995); Luo et al. (1995); Warbrick et al. (1995); Ball & Lane (1996)). Die Resultate der Erfinder stehen im Gegensatz zu vorhergehenden Studien, die herausfanden, dass die Cyclin-Cdk2-inhibitorische Aktivität allein auf die N-terminale Domäne von p21WAF1 beschränkt ist, wenn jede Hälfte separat exprimiert wird (Chen et al. (1995); Luo et al. (1995)). Die Gründe für diese Diskrepanz können folgende inkludieren: (i) die Verwendung von C-terminal his-markiertem p21WAF1 in Expressionsvektoren zur Reinigung von p21WAF1-Konstrukten (Luo et al. (1995)), welche die lokale Struktur am C-Terminus von p21WAF1 beeinflusst haben könnten; (ii) die Transfektion von Konstrukten, die nur die C-terminale Hälfte von p21WAF1 enthalten (Chen et al. (1995); Luo et al. (1995)), was das Falten in die korrekte native Konformation unter Ausschluß der Identifizierung der neuen inhibitorischen Domäne schwierig machen kann; (iii) durch Verwendung von Peptiden anstatt der C-terminalen Konstrukte oder des Volllängen-p21WAF1-Proteins könnten die Erfinder Stellen enthüllt haben, die in nativem Volllängen-p21WAF1-Protein dem Lösungsmittel nicht gezeigt worden wären; (iv) es ist möglich, dass es geringfügige Unterschiede in dem/den von p21WAF1 verwendeten Mechanismus/Mechanismen zur Inhibierung der Cyclin-Cdk2-Komplexe und von Cyclin-D1-Cdk4 gibt. Ob das C-terminale inhibitorische Motiv eine neue physiologisch relevante Regulationsstelle auf p21WAF1 definiert, wird im Moment behandelt. Die Leistungsstärke von Peptid 10 jedoch (I0,5 = 0,1 mM, nur 10-mal niedriger als das Volllängen-p21WAF1-Protein in diesen Tests) und dessen Fähigkeit, Cyclin-D1-Cdk4 vollständig zu inhibieren, deutet für die Erfinder darauf hin, dass es sich lohnt, weitere Studien dieser Region des Volllängen-p21WAF1-Proteins zu verfolgen.During the inventors' studies, they also found that a peptide (peptide 10) from the C-terminal domain of p21 WAF1 was a potent inhibitor of cyclin D1-Cdk4 activity in vitro. The inhibitory motif was identified and distinguished from the PCNA interaction site, which is also located in the C-terminal domain of p21 WAF1 (Chen et al., 1995; Luo et al., 1995; Warbrick et al., 1995 ) Ball & Lane (1996)). The results of the inventors are in contrast to previous studies which found that cyclin Cdk2 inhibitory activity is restricted to the N-terminal domain of p21 WAF1 alone when each half is expressed separately (Chen et al., 1995; Luo et al., (1995)). The reasons for this discrepancy may include the following: (i) the use of C-terminally-labeled p21 WAF1 in expression vectors to purify p21 WAF1 constructs (Luo et al. (1995)) showing the local structure at the C-terminus could have influenced P21 WAF1 ; (ii) transfection of constructs containing only the C-terminal half of p21 WAF1 (Chen et al., 1995; Luo et al., 1995), demonstrating folding into the correct native conformation, excluding the identification of the can make difficult the new inhibitory domain; (iii) by using peptides instead of the C-terminal constructs or the full-length p21 WAF1 protein, the inventors could have revealed sites that would not have been shown to the solvent in full-length native p21 WAF1 protein; (iv) it is possible that there may be slight differences in mechanism (s) used by p21 WAF1 to inhibit the cyclin-Cdk2 complexes and cyclin D1-Cdk4. Whether the C-terminal inhibitory motif defines a new physiologically relevant regulatory site on p21 WAF1 is currently being addressed. However, the potency of peptide 10 (I 0.5 = 0.1mM, only 10-fold lower than the full-length p21 WAF1 protein in these assays) and its ability to completely inhibit cyclin D1-Cdk4, indicates the high potency of peptide 10 Suggest that it is worth pursuing further studies of this region of the full-length p21 WAF1 protein.
Peptid 10 repräsentiert eine potentiell spannende Spur für das Arzneimitteldesign, da es bei weitem der stärkste Peptidinhibitor für CDK-Aktivität ist, der bis zum jetzigen Zeitpunkt entdeckt wurde, da es > 150fach besser ist als das erst vor kurzem identifizierte Peptidmimetikum von p16INK4 (Fahraeus et al. (1996)) und 20fach besser als das N-terminale inhibierende, von p21WAF1 abstammende Peptid, das die Erfinder beschrieben haben. Die Tatsache, dass die Reste, die für die inhibitorische Aktivität wichtig sind, auf einen Abschnitt von lediglich fünf Aminosäuren begrenzt sind, deutet darauf hin, dass ein Kontakt in einem einzigen Grenzbereich ausreicht, um einen sehr starken Inhibitor der Cyclin-D1-Cdk4-Aktivität zu produzieren, wobei daraus eine realistische Matrize für das Design kleiner Moleküle wird, welche die p21WAF1-Aktivität nachahmen.Peptide 10 represents a potentially exciting drug design pathway, as it is by far the strongest peptide inhibitor of CDK activity discovered to date because it is> 150-fold better than the recently identified peptidomimetic of p16INK4 (Fahraeus et al., (1996)) and 20 times better than the N-terminal inhibiting p21 WAF1- derived peptide described by the inventors. The fact that the residues that are important for inhibitory activity are limited to a stretch of only five amino acids, indicates that contact in a single borderline region is sufficient to produce a very potent inhibitor of cyclin D1-Cdk4 activity, thus becoming a realistic template for the design of small molecules that mimic p21 WAF1 activity.
Die Tatsache, dass Peptid 10 die inhibitorische Aktivität beibehält, wenn es auf lediglich acht Aminosäuren (KRRLIFSK) reduziert wird, verstärkt den Anreiz, es als Matrize für das rationale Arzneimitteldesign zu verwenden. Im Allgemeinen sind Protein-Protein-Grenzflächen relativ groß und basieren auf der Beteiligung von zwischen 10-30 Kontaktseitenketten auf jeder Grenzfläche, wobei jede Kontaktregion oftmals aus Resten zusammengesetzt ist, die über die ganze primäre Aminosäuresequenz verstreut sind (Davies et al. (1990); de Vos et al. (1992)). Es gibt jedoch Beweise dafür, dass in einigen Fällen lediglich eine kleine Untermenge dieser Seitenketten kontaktiert werden muss, damit eine effiziente Bindung stattfindet (Kelly & O'Connel (1993); Cunningham & Wells (1994); Clackson & Wells (1995)). Die Entdeckung, dass ein einziges Acht-Aminosäurepeptid alleine ausreicht, um die Aktivität eines entscheidenden G1-Cyclin-CDK zu inhibieren, wodurch die pRb-Phosphorylierung verhindert wird und ein G1-Zellzyklusstillstand in Gewebekulturzellsystemen produziert wird, deutet darauf hin, dass eine Wechselwirkung an lediglich einer kleinen Untermenge der Kontaktseitenketten für eine starke Inhibierung der Cyclin-D1-Cdk4-Aktivität an der G1-S-Phasen-Grenze notwendig ist. Das macht Cyclin-D1-Cdk4 zu einem realistischen und spannenden Ziel für das Design kleiner synthetischer Verbindungen, die als antiproliferative Mittel wirken können.The fact that peptide 10 retains inhibitory activity when reduced to only eight amino acids (KRRLIFSK) enhances the incentive to use it as a template for rational drug design. In general, protein-protein interfaces are relatively large, based on the involvement of between 10-30 contact side chains on each interface, each contact region often being composed of residues scattered throughout the primary amino acid sequence (Davies et al., 1990). de Vos et al., (1992)). However, there is evidence that in some cases only a small subset of these side chains must be contacted for efficient binding (Kelly &O'Connel (1993), Cunningham & Wells (1994), Clackson & Wells (1995)). The discovery that a single eight amino acid peptide alone is sufficient to inhibit the activity of a key G 1 -cyclin CDK, preventing pRb phosphorylation and producing a G 1 cell cycle arrest in tissue culture cell systems, suggests that Interaction at only a small subset of the contact side chains is necessary for strong inhibition of cyclin D1-Cdk4 activity at the G1-S phase boundary. This makes cyclin D1-Cdk4 a realistic and exciting target for the design of small synthetic compounds that can act as antiproliferative agents.
Literaturverzeichnisbibliography
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